INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

DISEO DE EQUIPOS INDUSTRIALES.

DISEO DE UNA COLUMNA DE DESTILACIN DE PLATOS PERFORADOS.

Profesor: Javier Daz Romero.

Grupo: 8IM3

Alumna: Ortiz Valenzuela Mireya

Fecha de entrega: 4-junio-2012

PROBLEMA.Disee una columna de destilacin de platos perforados para los fluidos anilina-tolueno en base a los siguientes datos obtenidos del balance de masa. Datos. Nmero de platos TERICOS=26

A. MATERIALES DE CONSTRUCCIN. De acuerdo al fluido que se maneja, se selecciona acero inoxidable 410, ya que es el material ms resistente a la corrosin y desgaste, an cuando los fluidos no son corrosivos. Lo anterior con el fin de que el plato no se deteriore al estar parada la columna o las perforaciones de los platos se agranden. B. Clculo del Dimetro de la Columna. 1. Mtodo de Souders-Brown. Determinacin de la masa velocidad permisible de vapor (W) Con un dimetro de torre supuesto entre 1.5 a 6.0 m, una distancia entre platos de 61 cm y una , mediante la grfica de la fig 10 pag. 23, se obtiene el valor de C=205 m/h en base a las unidades de la densidad de los fluidos en kg/m3. Por lo tanto [ [ ]

]

Dimetro de la Torre (Dt) Donde: [ ] [ ]

2. Mtodo de Inundacin. Determinacin del factor de capacidad de grfica- Csbgraf. A partir del parmetro de flujo, la distancia entre platos= 61cm y la grfica 32. ( ) Donde:

[ ] [ ] ( )( )

Por lo tanto:

Correccin del factor de capacidad Se corrige por el por ciento de rea perforada y tensin superficial. ( )

(

)

Velocidad de vapor de diseo. Suponiendo una velocidad de vapor de diseo del 75% de la velocidad de inundacin.

(

)

(

)

rea de la torre Si escogemos el rea de cada bajante como el 12% del rea de la torre, tendremos que el rea neta del flujo de vapor ser del 88% At.

|

||

|

(

)

Dimetro de la torre. ( )

(

)

Se obtiene un dimetro promedio de los calculados por los mtodos anteriores.

C. Distancia entre platos. En base a la siguiente tabla y el dimetro de torre obtenido de 2.55 m, seleccionamos la distancia entre platos: Distancia entre platos cm in 0.75 a 1.50 45.7 18 0.75 a 3.0 45.7 61 18 24 1.5 a 6.0 61 24 6.0 o mayor 91.4 o mayor 36 o mayor Por lo tanto, la distancia entre platos escogida es de 61 cm. D. TIPOS DE FLUJO EN EL PLATO. Se selecciona un flujo cruzado en base al dimetro de la torre. Tomando en cuenta que los platos perforados trabajan satisfactoriamente y tienen una alta eficiencia debido al largo recorrido del lquido en el mismo con un paso se selecciona esta opcin. E. DISTRIBUCIN DE REAS EN EL PLATO. La zona de calma a la entrada del plato tendr un ancho de 10 a 20 cm, la zona de calma de la salida puede tener un ancho de 7.5-10 cm. Tomando como gua la tabla siguiente, se determina la distribucin de reas en el plato. Dimetro de la torre (m)

Tipo de Flujo Long. del vertedero (Lv) rea de bajante lateral (AbL) rea de bajante central (AbL) rea activa mxima (Aacmax) Ancho de bajante (Wd) Por lo tanto. Si

CRUZADO 77% del Dimetro de la Torre 12% del rea de la Torre 18% del rea de la Torre 76% del rea de la Torre 18% del Dimetro de la Torre

Se escoge una distancia entre vertederos y perforaciones (Ws) de 10cm y considerando que la distancia entre coraza y perforaciones (Wc) es mnima. Por lo tanto:

Tapado de perforaciones. El rea tapada en ningn caso debe ser mayor del 25% del rea activa. Por lo tanto el tapado se aproxima como F. DIMETRO DE LAS PERFORACIONES, ARREGLO Y ESPESOR DEL PLATO. El dimetro ms adecuado de las perforaciones es de 4.8 mm (3/16 in) el cual proporciona una eficiencia alta y no se tapan en sistemas ligeramente incrustantes. El arreglo se puede calcular mediante la frmula, esta es la distancia de centro a centro de perforaciones en el plato.

[ El rea activa est dada por:

( [

)]

]

Donde:

Siendo

Sustituyendo

[

]

[ Escogiendo la relacin ( )

(

)]

[

(

)]

Al tener el valor del Arreglo calculado se determinar el Arreglo comercial basndonos en la siguiente tabla ajustando el valor al pitch comercial inferior ms cercano. Arreglo cm in 1.27 1/2 2.66 1.43 9/16 3 1.59 5/8 3.33 1.75 11/16 3.66 1.90 3/4 4 Por lo tanto el Arreglo comercial=1.27 cm=1/2 in=12.7 mm En la prctica para el acero inoxidable se selecciona un espesor de 2.77 mm, 12 US. Calibre 0.109 in. G. ALTURA DEL VERTEDERO DE SALIDA.

( Donde: [ ] | || || |

)

(

)

Las alturas mxima y mnima del vertedero estn dados por las sig. Ecuaciones.

El vertedero de entrada no es recomendable, porque facilita el depsito de slidos en la bajante de entrada. Por lo tanto la altura del vertedero es H. SELLO DE LA MAMPARA. De acuerdo a la sig. Tabla, se especifica un sello de mampara. Distancia vertedero-mampara (m) Sello de mampara (cm) Menor de 1.5 1.27 1.5 a 3.0 2.54 Mayor a 3.0 3.8 Si la distancia entre vertedero y mampara es de 3.8 cm es decir menor a 1.5 m, por ende el sello de mampara seleccionado es de 1.27 cm. I. CLCULO DE LA DINMICA DEL PLATO. 1. INUNDACIN. Donde:

[ ] A su vez

Nota: Los valores de Uninun y al rea neta de flujo fueron calculados anteriormente para la determinacin del dimetro de la torre por el Mtodo de Inundacin.

Por lo tanto

Cumple con la restriccin de que %inundacin mximo es 85% 2. ARRASTRE Y EFICIENCIA. y

Con

mediante la fig. 33(pag. 83) se obtiene el arrastre fraccional.

El arrastre est dado por

( Donde:

)

( La eficiencia hmeda est dada por:

)

Se supondr un valor de Em, eficiencia seca o eficiencia de Murphy, de 70%.

3. GRADIENTE HIDRULICO. El gradiente hidrulico observado en los platos perforados es muy baja y puede ser despreciado para platos de hasta 3.5 m de dimetro. Tomando en cuenta el valor del dimetro obtenido de 1.94 m se desprecia el clculo del gradiente hidrulico. 4. CADA DE PRESIN POR PLATO. a) Cada de Presin del Plato Seco ( Donde: Se obtiene de grfica mediante las relaciones ( ) )

(

)

De la grfica

Si

(

)( cm

)

b) Cada de Presin a travs de la zona espumosa. - Cada de presin a travs del lquido. Donde:

El valor anterior debe corregirse por el factor de aereacin () a partir de grfica, =0.61

c) Cada de Presin Total en el Plato.

5. ESCURRIMIENTO. El escurrimiento en un plato consiste en el paso del lquido a travs de las perforaciones cuando la velocidad del vapor equivalente no es lo suficientemente grande, es decir constituye el lmite inferior a la capacidad de un plato perforado. Por ello es necesario calcular los gastos mnimos de lquido y vapor. Por lo tanto, la cada de presin del plato seco a los flujos de lquido y vapor mnimos deber ser mayor a la cada de presin dada por la grfica de escurrimiento. Se debe cumplir la condicin de que

Si ( ( ) ) | | || || || | |

Sabemos que ho esta dada por la ecuacin. ( )

Donde:

( Determinacin grfica de ho - Altura del lquido sobre el vertedero.

)(

)

( Donde:

)

(

)

Por lo tanto de la grfica, la cada de presin de plato seco mnima para q no ocurra escurrimiento es:

Se cumple la condicin escurrimiento en estas condiciones de operacin. 6. ALTURA DEL LQUIDO EN LA BAJANTE. a) rea bajo la mampara. Donde:

de manera que no existir

b) Cada de presin bajo la mampara. ( Sustituyendo ( ) )

Cumple con la condicin de no ser mayor a 2.5 cm

c) Altura del lquido en la bajante.

Cumple con la condicin de no ser mayor a la distancia entre platos, en este caso

7. TIEMPO DE RESIDENCIA DEL LQUIDO EN LA BAJANTE. Velocidad con la que baja el lquido en la bajante | || |

Por lo tanto el tiempo de residencia es