Calculo de Porosidad en Torres Prac 20 [PDF]

Zitiervorschau

GODOY

GASCA

AARÓN

LABORATORIO DE INTEGRAL I PRÁCTICA 20: Cálculo de porosidad en columnas empacadas. M.C. José Carlos Cárdenas Rivera 7/Mayo./2020

SAUL

RESUMEN. Utilización de correlaciones para calcular la porosidad de una torre empacada en el cual pasa un líquido denso, utilizando las correlaciones de factores de fricción para columnas empacadas, escogiendo la indicada de acuerdo con las restricciones dadas para cada correlación. INTRODUCCIÓN. Las torres empacadas, utilizadas para el contacto continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande, el líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas. [1] OBJETIVO. Que el alumno desarrolle conocimientos en el área de columnas empacadas, tanto teóricos como prácticos, en especial en el cálculo de la porosidad en los diferentes tipos de empaque y el uso de correlaciones factores de fricción para columnas empacadas. MARCO TEÓRICO. El material de relleno puede estar constituido por esferas, cilindros y diversos tipos de rellenos comerciales para aparatos de contacto. En la discusión que sigue se supone que el relleno es uniforme en todas partes y que no hay formación de canalillos (en la realidad se forman generalmente canalillos y no son válidas las fórmulas que se obtienen aquí). Se supone, además, que el diámetro del relleno es pequeño en comparación del diámetro de la columna que lo contiene y que el diámetro de la columna es constante. [2]

Se define el factor de fricción para el lecho de relleno, mediante la ecuación 20.1 P 2−P1 L = 4f 1 2 D ρv 2 0 (20.1) Haciendo suposiciones y restricciones de diferentes tipos se llega a la ecuación 20.2 (ecuación de Blake-koseny) v 0=

P2 −P1 D2 ε3 L ( 150 ) ( µ ) (1−ε )2

(20.2) Este resultado es, generalmente, satisfactorio para fracciones de huecos inferiores a 05, y es válida solamente para la región laminar que viene dada por (D*Ge/µ) / (1 - ε )< 10, siendo Ge = ρ v 0 . [2] Para el flujo altamente turbulento en columnas de relleno. Partimos de nuevo de la definición del factor de fricción para el flujo en un tubo circular. Sin embargo, se observa ahora que, para el flujo altamente turbulento en tubos con una apreciable rugosidad, el factor de fricción es una función exclusiva de la rugosidad. Admitiendo que todos los lechos de relleno tienen una rugosidad característica semejante, se puede utilizar un factor de fricción único para el flujo turbulento. Seguimos ahora el mismo procedimiento anterior y se hacen las mismas substituciones y se obtiene la ecuación 20.3 (ecuación Burke-Plumoner) para flujo turbulento. [2] P 2−P1 1 1 2 1−ε =3.5 ρv L D 2 0 ε3 (20.3) PROCEDIMIENTO.

Una columna de 942 cm2 de sección y 185 cm de altura, esta rellena con partículas esféricas de 2mm de diámetro. Cuando se mantiene entre los extremos del lecho, una diferencia de presión de 10.75 atm, una solución de sacarosa del 60% fluye a través del lecho con una velocidad de 6640 kg/hr a la temperatura de 20°C. A esta temperatura la viscosidad de la solución es µ= 56.5 cp y su densidad es igual 2865 gr/cm3. ¿cuál es la fracción de huecos del lecho? [2] CÁLCULOS Y RESULTADOS. Datos: A= .0942 m2

m˙ = 6640 kg/h

L= 1.85 m

T= 20 °C

D= .002 m

µ= .0565 Pa*s

𝚫P= 1.089x106 Pa

ρ= 1286.5kg/m3

C= 60% haciendo uso de la ecuación 20.4 se obtiene la velocidad. v=

V˙ A

(20.4) Y la ecuación 20.5 para poder relacionar el flujo masico con el flujo volumétrico. m ρ= ˙ V˙ (20.5) Sustituyendo la ecuación despejada 20.5 en la ecuación 20.4 y sustituyendo los datos de obtiene la velocidad.

kg 1 )( ) h 3600 kg 1286 m3 m =.01521 2 s .0942 m

( 6640

v=

Haciendo uso de la ecuación 20.6 (Blake-koseny) suponiendo que se tiene un flujo laminar observando las magnitudes de las propiedades del fluido se puede despejar de esta ecuación la porosidad.

v 0=

3 ( P0 −PL ) ( ε ) ( D2 )

( L ) ( 150 ) ( µ ) ( 1−ε )

2

(20.6) sustituyendo en la ecuación 20.3 los valores dados se puede despejar el valor de la porosidad. 3

.01521

( 1.089 x 10 6 Pa )( ε ) ( .002m 2 ) m = s (1.85 m ) ( 150 )( .0565 Pa∗s )( 1−ε )2

ε =.299 ≈ .30 CONCLUSIÓN. Al cumplirse la restricción de que para utilizarse la ecuación 20.2 (Blake-koseny) de que la fracción de huecos tiene que ser menor a .5, se llega a la conclusión de que esta presenta un régimen laminar. BIBLIOGRAFÍA. [1] Treybal, R. E. “Operaciones de Transferencia de Masa”, 2da Ed., McGraw-Hill. [2] Bird, R. B., Stewart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1992). Fenómenos de transporte.