Fluidizacion 2014 Mio

7/25/2019 Fluidizacion 2014 Mio

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I. NOMENCLATURA

Q : Caudal del fuido quecircula por el lecho

: Densidad del fuido

Gs : Flujo msico por unidadde rea

A: rea de la seccintransversal de lacolumna

m : Reynold modicado Dp: Dimetro de partcula : Viscosidad del fuido xi : Fraccin en peso

Di: Dimetro de aerturade la malla del tami!"#$%

aparente : Densidad aparente dellecho

absoluto : Densidad asoluta dellecho

0 : &orosidad inicial de laarena

: &orosidad del lecho

fuidi!ado

: 's(ericidad

: Factor de (orma Pexp : Cada de presin totale)perimental

h : "ltura manom*trica+para la cada depresin

CCl4: &eso especco delCCl,

Agua: &eso especco dela-ua

Ht: "ltura total de lacolumna

Psinlecho: Cada de presin en

columna sin lecho Plecho : Cada de presin en el

lecho0: "ltura inicial del lecho : "ltura nal del lecho

!: Densidad del fuido s : Densidad de la arenaGm!: Velocidad mnima defuidi!acin

m!: &orosidad mnima defuidi!acin

g : "celeracin-ravitacional

P"arman: Cada de presin por.arman

Pe#a: Cada de presin por/eva

P$rgun: Cada de presin por'r-un


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FLUIDIZACINLABORATORIO DE INGENIERA

QUMICA II

II.RESUMEN

/a fuidi!acin como operacin unitaria es conocida desde hacevarias d*cadas en la industria+ aplicndose en procesos depuricacin o en complejos reactores catalticos1 'sta operacinconsiste en el paso de un fuido con la suciente velocidad paramantener en suspensin a un lecho de partculas1 " velocidadesin(eriores a la de fuidi!acin el lecho permanecer esttico slo-enerndose una cada de presin en el fuido por su paso atrav*s del lecho1

'l propsito de este traajo es estudiar el e(ecto de la cada depresin en la fuidi!acin de partculas slidas con a-ua lquida+reali!ando la presente prctica en el equipo de fuidi!acin dellaoratorio de operaciones unitarias de la (acultad de 2umica e3n-eniera 2umica+ 4niversidad 5acional %ayor de #an %arcos1

/as condiciones de operacin de esta prctica se desarrollaron a0atm de presin y a una temperatura de 067C amiente y 89 7Cdel fuido :a-ua;1

'n la prctica se hace uso de una columna de vidrio pre) de 6? hasta 0>1,6?1 Con respecto al fujo descendente+la ecuacin que ms se apro)ima es tami*n la de %a) /eva condesviaciones en el ran-o del ,61=,? al 691,0? con respecto a losvalores e)perimentales1

#e otienen valores de ,10@ A-Bm8s y =1,8de velocidad mnima yporosidad mnima de fuidi!acin respectivamente+ adems de

una cada de presin de 82.055 A-(Bm81

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina8


QUMICA II

#e concluye que la ecuacin de %a) /eva es la que ms seapro)ima a los valores e)perimentales de cada de presin1

#e recomienda manipular cuidadosamente la vlvula decompuerta que controla el caudal del fuido que in-resa a lacolumna+ para evitar que el lecho fuidice de manera rusca y nose oten-an los datos que se requieren1

III. INTRODUCCIN

'n 080+ el alemn inAler re-istr un procedimiento que eliminaaciertas dicultades inherentes a la -asicacin de carones que danceni!as (usiles a la temperatura de traajo1 'ste consista en el pasode una corriente de -as a alta velocidad sore partculas de carn1/as partculas de carn se mantenan suspendidas sin necesidad deun apoyo1 /a t*cnica ideada por inAler permiti solucionaradecuadamente los prolemas con el cracAin- en la industria delpetrleo1 E as+ a partir de 0,9 ha ido e)tendi*ndose a numerosas

operaciones+ de aqu la importancia de su estudio1

/a fuidi!acin es un proceso de contacto entre un slido y un fuidoen el cual el lecho (ormado por partculas slidas namente divididasse levanta y se a-ita por medio de una corriente ascendente defuido1 'l fuido al atravesar el lecho de partculas su(re una cada depresin que tiende a aumentar con(orme la velocidad se acreciente+hasta lle-ar a un punto donde las partculas quedan suspendidas1 #ille-ado a este punto se si-ue aumentando la velocidad se deecomproar que la cada de presin permanece apro)imadamente

constante1/os ojetivos de la prctica son Determinar las p*rdidas por (riccinen el lecho de partculas de arenaG determinar la porosidad yvelocidad mnima de fuidi!acinG determinar el r*-imen del fuido enla columna y estimar la cada de presin con las ecuaciones de /eva+Carman y 'r-un para lue-o comparar los resultados con el valore)perimental1

'l estudio aqu reali!ado nos permitir conocer una operacin que esaplicada en una -ran cantidad de industrias1 'n este caso+ usando

Ing. Teoflo Meneses


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QUMICA II

como fuido para la fuidi!acin el a-ua+ que es de uso comHn paratodo proceso y nos permitir vericar estudios hechos anteriormente1

IV. PRINCIPIOS TERICOS

FLUIDIZACIN Y PRDIDA DE CARGA

/a fuide! de un lquido tiene su ori-en en la movilidad de laspartculas que la constituyen+ propiedad que no poseen losslidos1 #in emar-o+ es posile separar las partculas de unlecho de slidos sucientemente para que -anen esta

movilidad+ mediante el fujo constante de un lquido o un -as auna velocidad suciente1 Cuando este lquido tiene unavelocidad pequeIa+ los intersticios entre las partculas o(recenla suciente resistencia para provocar una cada de presin1Jsta aumenta con(orme la velocidad del fuido se incrementa+pero lle-a un momento en que se i-uala al peso de laspartculas que comien!an a separarse unas de otras1 #e diceentonces que estn fotando hidrodinmicamente+ o en estadofuidi!ado1 #i se aumenta aHn ms la velocidad del fuido+ el

lecho continHa e)pandi*ndose y eventualmente alapro)imarse a la velocidad terminal+ las partculas sonarrastradas por el fuido1 'sta situacin se ilustra en lasi-uiente -ura

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina,


QUMICA II

Figura 1:Comportamiento de la cada de presin en el lecho con respecto a lavelocidad :Coulson and Richardson+ 8==8;

/a p*rdida de car-a en lechos de partculas depende de lossi-uientes parmetros

Variabl! "#$"i$%! "l &'i"(

1. Velocidad msica2. Densidad3. Viscosidad

Par)*%r(! "#$"i$%! "l +'i#(

1. Dimetro del tubo

2. Dimetro de la partcula: #i la partcula es es(*rica seemplea su dimetro1 'n el caso de contar con la distriucinde tamaIos de partculas+ se dee denir un tamaIo departcula promedio en relacin a la supercie de lapartcula+ puesto que la supercie produce resistencia(riccional al fujo1 &or consi-uiente+ el dimetro de partculaDp sera

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina


QUMICA II

fuidi!acin : m! ;1 'l intervalo de velocidades Htil para la

fuidi!acin est comprendido entre #m! y la velocidad de

arrastre+ #a para la cual las partculas slidas son arrastradas

(uera del lecho+ la porosidad se apro)ima a la unidad y el lechodeja de e)istir como tal1

Fi-ura 57 9 Formacin de un lecho fuidi!ado a partir de un lecho jo departculas1 a; Fases del lecho al aumentar la velocidadG ;Variacin de la p*rdida de presin y altura del lecho

CADA DE PRESIN EN UN LEC,O EST-TICO

&ara estimar la cada de presin en lechos estticos+ di(erentesinvesti-adores han reportado las (rmulas si-uientes

E'ai/$ " Car*a$ 0 1(2$3

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina6


QUMICA II

+ P,arman=180 G) (1 )

2

Dp2

gc !3

'sta ecuacin ha sido usada con *)ito para calcular la p*rdidade presin para fujo laminar a trav*s de lechos empacados+ori-inalmente .o!eny uso el modelo simplicado (ormado porcierto nHmero de tuos capilares paralelos de i-ual lon-itud ydimetro+ para descriir el lecho empacado1 Fue Carmanquien lue-o de muchos resultados e)perimentales propuso . M06=01

E'ai/$ Ma4 5 L6a

/os datos e)perimentales de /eva se encontraan todos ellosen la -ama de Re relativamente -randes1 /eva en ase a sustraajos presentados al N4R'"4OF %35'# 41#1"1+ muestra que

el valor de la constante es . M8==01

+ Pe#a=200 G) (1 )

2

Dp2

gc !3

E'ai/$ " Er7'$

Desarrolla otra correlacin a n de predecir la cada de presin

en lechos empacados+ pero para un intervalo amplio develocidades de fujo1 'l asume que la p*rdida en el lechoesttico puede ser tratada como una suma de p*rdidas viscosay cin*tica1

$nerg*a'iscosa=150(1)2 Gs

3Dp

2

$nerg*aCin-tica=1.75 (1 )

3

'cuacin

+ P$rgun=150(1)2 Gs

Dp2

gc!3 +

1.75G)2 (1 )

Dp2

gc!3

VELOCIDAD MNIMA Y POROSIDAD MNIMA DE

FLUIDIZACIN

Ing. Teoflo Meneses


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&-inaC


QUMICA II

'l clculo de velocidad mnima y porosidad mnima se puedehallar+ ajo la condicin que la cada de presin a trav*s dellecho es i-ual al peso del lecho por unidad de rea de la

seccin transversal+ teniendo en cuenta la (uer!a de fotacindel fuido despla!ado1

Cuando las partculas comien!an a fuidi!ar+ la cada depresin puede ser relacionada con el peso del lecho por unidadde rea

+ P=g

gc (1 )()!)

/a ecuacin de %a) /eva se aplica hasta el punto mnimo de

fuidi!acin al i-ual que la ecuacin anterior1 "l i-ualar estasecuaciones se otiene :se i-ualan las ecuaciones porque apartir de este punto la cada de presin se vuelve constante;

"G 2

DP2!

( 13 )=g ()!)

( G DP ) " 2

2

DP3!g ()!)

=( 13 )1

( G DP )".=( 13 )1

%a) /eva+ #hirai y en su-irieron una correlacin a n depredecir la velocidad mnima de fuidi!acin en ase a losdatos de sus traajos e)perimentales+ esto se e)presa como1

Gm!=0.0093 [!(s!)]

0.94Dp

1.82

0.88

/a porosidad del lecho cuando ocurre la verdadera fuidi!acines la porosidad mnima para la fuidi!acin y es m! 1

Gm!=0.005Dp

2g !(s!)

2m!3

(1m!)

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina0=


QUMICA II

V. SECCIN E8PERIMENTAL

EQUIPOS Y MATERIALES

01 4na columna de vidrio de ,1 cm de dimetro por 018 m de

lar-o1

81 4n manmetro1

91 4n tanque metlico como depsito de a-ua1

,1 #istema de tueras+ accesorios+ oma+ vlvulas1


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&-ina00


QUMICA II

PROCEDIMIENTO

01 'ncender la oma y vericar la circulacin del a-ua1

81 %edir el lecho en estado de reposo1

91 "rir la vlvula re-uladora de caudal1

,1 %edir+ en el tanque elevado+ el caudal+ utili!ando una proeta y

cronometro1 &ara cada toma de caudal se mide la cada de

presin en el manmetro de CCl, y la altura del lecho de

partculas+ adems de la temperatura del fuido1


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QUMICA II

VI. TABULACIN DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla N1: Propiedades de los Fluidos a 23C

Tabla N2: Datos y clculo la Densidad Aparente de la Arena

PRU!A 1 PRU!A 2

Peso"#r$ %olu&en"&l$

Peso"#r$

%olu&en"&l$

Probeta 90.4 112Probeta'Arena 157.2 239.4

Arena .! 50 127.4 100

Arena"co&pacta$ .! 47 127.4 91

DN()DAD APARNT 1.33 g"ml 1.2745 g"ml

Tabla N3: Datos y clculo de la Densidad Absoluta de la Arena

PRU!A 1 PRU!A 2

Ing. Teoflo Meneses

Densidad del A#ua "*#+&3$ 997.53!

%iscosidad del A#ua"*#+&s$

0.00094071

Densidad del CCl,"*#+&3$ 1595.0


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QUMICA II

Peso"#r$

%olu&en"&l$

Peso"#r$ %olu&en"&l$

Probeta 90.4 112.0

Probeta ' a#ua 120.4 172.0A#ua 31.0 1.0

Probeta'A#ua'Arena 159.0 233.4

A#ua-Arena 3!. 4.0 1.4 !5.0

DN()DADA!(./UTA 2.573 g"ml 2.55! g"ml

Tabla N,: Anlisis 0ranulo&trico de la Arena "Peso: 454$

6A//AP(."#

$ Dp"&&$ 789 8i+Dpi

# 1! $20 0 #### #### ####

# 20 $30 40!.3 0.725 0.00 0.!2!

# 30 $40 271.7 0.513 0.400 0.779

# 40 $

50 0 #### #### ####

Tabla N: Porosidad; saci?n

Ing. Teoflo Meneses

Datos del lec=o y colu&na

Peso del lec=o de silice "#$ !0

Ta&a@o de partculas "&&$ 0*22

Altura inicial del lec=o de silice "c&$ 24*

Di&etro interno de la colu&na "&$ 0*054!


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&-ina0,


QUMICA II

Tabla NB: Datos 8peri&entales para el Ascenso

6edici?n

p total"&& CCl,$

/ec=o"c&$ %"&l$ t"s$ "&3+s$

0"*#+&2s$ Re

1 14.00 24.0 30 70.25 4.27'#07 0.172 0.114

2 37.00 24.0 9 71.5 9.5'#07 0.3!! 0.257

3 57.00 24.0 127 73 1.74'#0 0.700 0.43

4 9.00 24.0 153.5 70.5 2.1!'#0 0.!7 0.579

5 !!.00 24.0 12 44 2.!'#0 1.152 0.72

102.00 24.0 10.5 32 3.33'#0 1.339 0.!!5

7 122.00 24.0 141 3.5 3.!'#0 1.554 1.027

! 143.00 24.0 17 3.5 4.5!'#0 1.!40 1.2179 12.00 24.0 125 24.5 5.10'#0 2.052 1.357

10 193.00 24.0 12.5 21 .02'#0 2.423 1.02

11 224.00 24.0 149 21.5 .93'#0 2.7!! 1.!43

12 27.00 24.50 1!0 21.5 !.37'#0 3.3! 2.227

13 29!.00 24.50 205.5 22 9.34'#0 3.757 2.4!4

14 315.00 24.50 1!9 19.5 9.9'#0 3.!99 2.57!

15 337.00 24.50 1! 1 1.05'#05 4.223 2.793

1 345.00 24.50 12.5 17 9.5'#0 3.!45 2.54217 3!.00 24.20 157 15.5 1.01'#05 4.074 2.94

1! 355.00 24.70 111 9.5 1.17'#05 4.700 3.10!

19 35!.00 25.20 133 10.5 1.27'#05 5.095 3.39

20 35!.00 25.35 125 10 1.25'#05 5.02! 3.324

21 37.00 2.30 137.5 9.5 1.45'#05 5.!22 3.!49

22 375.00 27.20 147 7.5 1.9'#05 7.!!4 5.213

23 379.00 2!.00 142.5 7 2.04'#05 !.1!! 5.414

24 3!.00 2!.!0 177 7.5 2.3'#05 9.493 .277

Ing. Teoflo Meneses


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&-ina0, -Bml

aparenteprome%io=1.305 g/ml

absoluta=/arena

'absoluta

absoluta=38,6 g

15mlM819 -Bml

absoluta=61.4 g

24mlM81


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3) CLCULO DEL DIMETRO MEDIO DE LA PARTCULA (D):

+e los datos de la ta,la -04 se tiene:

D= 1

x i

Dp

D: Dimetro medio de partcula.

Xi: fraccin msica.

Dp: Dimetro de partcula.

D= 1

0.828+0.779=0.622mm

4) CLCULO DE LA POROSIDAD DEL LEC HO (o):

+e los datos de las ta,las 2 3 tenemos:

o=1aparente

absoluta

o=11.305

2.566

o=0.492

Como se muestra en la ta,la 5.

$ CL/CU/. D/ FACT.R D F.R6A "$:

/elaciona la Esfericidad ((con la Porosidad (( &er aneo(

=0.4920 1=0.67

=1

1=

1

0.67

=1.49

Ing. !ann' (las


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6) CLCULO DE LA VELOCIDAD MNIMA DE FLUIDIZACIN (!"#):

+e las ta,las 1 3:

Gm!=0.0093 [ !(s!)]

0.94

Dp1.82

0.88

+onde:

s: +ensidad a,soluta de la arena 2.5662103 ,g /m3

): +ensidad del )luido &agua( 997.538 ,g /m3

+p : +imetro de la partcula 6.222104 m: iscosidad del )luido &agua( 0.00094071 ,g/m 3 s

Gm!=0.0093 [997.538 (2566997.538 )]

0.940.000622

1.82

0.000940710.88

Gm!=4.16 ,g

m2

3 s

$) CLCULO DEL CAUDAL (%):

'n la ta,la 7 se o,sera:

%ara una 6 31 mmCCl4iempo 30 segolumen 20.2 m8

Q='olumen(m)

4iempo (s )

Q=

20.2m

30s 2

1

103 m 2

1m3

103

Q=6.732107m

3

s

8os resultados se pueden o,serar en las ta,las 7 !

Ing. !ann' (las


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$REA TRANSVERSAL DE LA COLUMNA" A $:

+ eterno de la columna de )luidiacin 0.057 m 'spesor de la columna de )luidiacin 0.0022 m

+ interno 0.052 m

A=5 D

2

4A=

5(0.0526 m)2

4 A=2.482103m2

&) CALCULO DEL FLU'O MSICO POR UNIDAD DE REA (!):

6allamos scon los datos anteriores:

Gs=Q agua

A

+onde:

Q: Caudal &m3"s( 6.732107m

3

s

agua 997.538,g

m3

A: ;rea transersal de la columna 2.482103 m2

Gs=

6.732107m

3

s 2997.538

,g

m3

2.482103

m2

Gs=2.712101 ,g

m2

3 s

8os resultados se pueden o,serar en las ta,las 7 !

1) CLCULO DEL N* DE RE+NOLDS:

Ing. !ann' (las


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=Dp Gs

+nde:+p dimetro de partcula 6.222104 m=

iscosidad del )luido &agua( 0.00094071


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%e 4abla s76 8

+ Ptotal=0.014mCCl4 (

+ P#acia=4.974x 103

mCCl4 &de a,las 9 10(

+ Plecho=31x103

mCCl44.974x103

mCCl4

+ P=26.026x 103 mCCl4

dems tenemos Due:

+ Pecho=g + h ((CCl4

agua ))

+ Pecho=9.81m

s2x 8.984x10

3mx (1595997.538)

,g

m3

+ Plecho=152.543 ,g

m3 s2

13) CADA DE PRESIN EPERIMENTAL TOTAL DE LA COLUMNA P EP(TOTAL):

+ Ptotal=+ h (CCl4agua )+H4agua + Ptotal=+ h (gCCl4g agua)+H4g agua

Ea Due las presiones en el punto e E son iguales* entonces tenemos:

Ing. !ann' (las


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+ Ptotal=g + h(CCl4

agua )

+onde:h : Cada de presin 31 mmCCl4

CCl4 : +ensidad del CCl4 1595


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+ PCarman=1809 Gs 9 9

29 9 (1 )2

Dp2

9 agua 9 3

+ PCarman

=18022.71 ,g/m2 s 20.00094071x (1.49)2 20.24 m 2 (10.492)2

(6.222104 m )2 2997.538,g /m3 20.4923

+ PCarman=140.532 ,g

m3 s2

16) CLCULO DE LA CADA DE PRESIN SE!N ER!UN ( PER!UN)

+ P$rgun=150

2 2 G )2

2

2 agua 2 (1

)

2

DP2

2 agua 2 gc 2 3 +

1.752G )

2

2

2

2 2 (1

)Dp 2 agua2

3

+ P$rgun=15022.71,g /m2 s 20.00094071 21.492 20.24m 2 (10.492 )2

(6.22 2104 m)2

2997.538 ,g /m320.4923+1.75 2 (2.71 ,g/m29 s )2x1.4922

6.222104

m 2997.538,

+ P$rgun=118.301 ,g/m 9 s2

1$) CLCULO DEL PORCENTA'E DE DESVIACION

:D$)';AC;


37/43

=1=='Y== 00>16C)Z8 X 80


38/43

= < 0= 0< 8= 8

AN.Ing. !ann' (las


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