Prac 2 Empaques2

Universidad Autónoma del Estado de México

Facultad de Química

Laboratorio de Operaciones de Separación

Práctica 2: “Caracterización De Empaques”

Catedrático:I.Q. Juan Antonio Arzate Salgado

Integrantes:

Fonseca Palomares RobertoHernández Giles BaldemarGonzález Ruiz Víctor Hugo

Núñez Rebollo Marco UlisesPérez Espino Guadalupe

Saavedra González Víctor Hugo

Grupo: 76

Equipo: 1

1

Práctica 2: “Caracterización De Empaques”

Objetivo

Determinar para dos tipos de empaques (anillos Raschig y sillas Intalox) su área específica (ap), fracción de huecos, densidad de empacado expresado en No.de piezas / volumen de empaque y en peso/volumen de empaque, y Factor de empaque (F).

Introducción

Las torres empacadas, o torres de relleno, 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.

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:

1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado am debe ser grande, pero no en el sentido microscópico.

2. Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, o fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundación; debe ser baja la caída de presión del gas.

3. Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están procesando.

4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la instalación.

5. Tener bajo precio.

Los empaques son principalmente de dos tipos, aleatorios y regulares.

Los empaques al azar son aquellos que simplemente se arrojan en la torre durante la instalación y que se dejan caer en forma aleatoria. En el pasado se utilizaron materiales fácilmente obtenibles; por ejemplo, piedras rotas, grava o pedazos de coque; empero, aunque estos materiales resultan baratos, no son adecuados debido a la pequeña superficie y malas características con respecto al flujo de fluidos.

2

Los anillos de Rasching son cilindros huecos, cuyo diámetro va de 6 a 100 mm o más. Los de Berl e Intalox y sus variaciones se pueden conseguir en tamaños de 6 a 75 mm; se fabrican de porcelanas químicas o plásticos. Generalmente, los tamaños más pequeños de empaques al azar ofrecen superficies específicas mayores (y mayores caídas de presión), pero los tamaños mayores cuestan menos por unidad de volumen. A manera de orientación general: los tamaños de empaque de 25 mm o mayores se utilizan generalmente para un flujo de gas de 0.25 m³/s, 50 mm o mayores para un flujo del gas de 1 m³/s. Durante la instalación, los empaques se vierten en la torre, de forma que caigan aleatoriamente; con el fin de prevenir la ruptura de empaques de cerámica o carbón, la torre puede llenarse inicialmente con agua para reducir la velocidad de caída.

Los empaques regulares ofrecen las ventajas de una menor caída de presión para el gas y un flujo mayor, generalmente a expensas de una instalación más costosa que la necesaria para los empaques aleatorios. Los anillos hacinados de Raschig son económicos solo en tamaños muy grandes. Hay varias modificaciones de los empaques metálicos expandidos.

Material

1. Empaques de porcelana anillos Raschig (3/4¨, 1¨, 11/2¨) y sillas Intalox de (3/4¨, 1¨, 11/2¨)

2. Recipiente metálico de sección transversal circular con salida en la parte inferior.

3. Probeta de plástico de 1 litro.4. Vernier.5. Balanza granataria.6. Franela.

3

Diagrama de los Empaques:

Anillos Raschig Silla Intalox

Metodología:

1. Realizar los siguientes pasos para cada uno de los tipos de empaque (anillos Raschig y sillas Intalox)

2. Determinar el peso promedio de unas 10 piezas de empaque, pesando directamente cada uno de los empaques en una balanza granataria.

3. Determinar el área de 10 piezas de empaque para obtener una área promedio del empaque.

4. Utilizar el recipiente metálico cilindrico, para efectuar dos tipos de empacado regular y al azar.

5. Para el empacado regular utilizar anillos Raschig en dos arreglos cuadrangular y triangular, y efectuar el empacado en seco.

6. Para el empacado al azar utilizar ambos tipos de empaque y efectuar el empacado en seco y en húmedo.

7. Determinar la altura del empacado.8. Determinar el número de piezas de empaque para llevar a cabo el

empacado.9. Deteminar el volúmen del empacado y área del empacado.

Empacado regular cuadrangular Empacado regular triangular

Datos Experimentales

Anillos Raschig

Tamaño Nominal

¾” 1” 1 ½”

Medición Peso(g) Peso (g) Peso (g)Promedio 8.26699 19.56705 51.40941

Tabla 1. Peso de Anillos Raschig

Tamaño

Diámetro Interno

DiámetroExterno

Altura

4

Nominal

(in) (in)

1 ½” 1.0 1.5 1.51” 0.76 1.1 1.08¾” 0.5 0.75 0.8

Tabla 1.1 Promedios de Diámetros de los Anillos Raschig

Tipo

ArregloTamaño Nominal

Num. Piezas

Volumen de H2O

(L)

Altura de la

cubeta (cm)

SecoCuadrado 1 ½” 57 3 15.5

1” 145 2.460 14.5¾” 388 2.680 15.1

SecoTriangular 1 ½” 60 2.575 16

1” 156 2.30 14.5¾” 340 2 13.2

HumedoAl Azar 1 ½” 42 2.5 13.5

1” 146 2.5 13.5¾” 250 2 12.5

Tabla 1.2 Datos Experimentales de los AnilosRaschig

Sillas Intalox

Tamaño Nominal

¾” 1” 1 ½”

Medición Peso g Peso g Peso gPromedio 3.15 7.37 25.89

Tabla 2. Peso de Sillas Intalox

TipoTamaño Nominal

Num. Piezas

Volumen de H2O (L)

Altura (cm)

Seco1 ½” 250 6 15

1” 600 4.5 10¾” 800 2 5

Humedo1 ½” 270 8.25 15

1” 800 5.5 10¾” 1100 3.2 5

Tabla 2.1 Datos Experimentales de las Sillas Intalox

Resultados:

Anillos Raschig

Tamaño Nominal 1 ½”

5

Arreglo Cuadrado Triangular Al AzarSeco Seco Húmedo

Numero de piezas 57.000 60.000 42.000Altura de la cubeta (m) 0.155 0.160 0.135Volumen de H2O (m3) 0.003 0.003 0.003

Volumen de Lecho Empacado (m3)

0.005 0.005 0.004

ρN( # piezas/Volumen de Empaque)

11944.479

12180.22510105.07

6ρW ( peso/volumen de empaque) [=]kg/m3 614.059 626.178 519.496

Fricción en espacio Vacíos, ε

0.629 0.523 0.601

Area superficial, Ap(m2/m3)

90.785 92.577 76.805

Factor Empaque, Fε 365.405 648.127 352.937

Tabla 3. Resultados de los Anillos Raschig de 1 ½”

Tamaño Nominal 1”


Numero de piezas 145.000 156.000 146.000Altura de la cubeta (m) 0.145 0.145 0.135Volumen de H2O (m3) 0.002 0.002 0.003

Volumen de Lecho Empacado (m3)

0.004 0.004 0.004


32480.601

34944.64635127.16



0.551 0.515 0.601


132.245 142.277 143.020


Tabla 3.1 Resultados de los Anillos Raschig de 1”

Tamaño Nominal ¾”


Numero de piezas 388.000 340.000 250.000Altura de la cubeta (m) 0.151 0.132 0.125

6

Volumen de H2O (m3) 0.003 0.002 0.002Volumen de Lecho

Empacado (m3)0.005 0.004 0.004


83460.086

83662.15364961.20



0.576 0.492 0.520


169.159 169.569 131.665


Tabla 3.2 Resultados de los Anillos Raschig de ¾ ”

Sillas Intalox

Tamaño Nominal 1 ½”

Arreglo Al Azar Al Azar Seco Húmedo

Numero de piezas 250 270Altura de la cubeta (m) 0.15 0.15

Volumen de H2O (m3) 6 8.25

Volumen de Lecho Empacado (m3) 0.0125 0.013

ρN( # piezas/Volumen de Empaque) 20000 20769.23

ρW ( peso/volumen de empaque) [=]kg/m3 587.2 564.6154Fricción en espacio Vacíos, ε 0.48 0.634615

Area superficial, Ap(m2/m3) 40.8 39.23077

Factor Empaque, Fε 54.5247 54.542

Tabla 4. Resultados de las Sillas Intalox de 1 ½”

Tamaño Nominal 1”



Volumen de H2O (m3) 4.5 5.5


ρN( # piezas/Volumen de Empaque) 60000 72727.27

7

ρW ( peso/volumen de empaque) [=]kg/m3 734 667.2727Fricción en espacio Vacíos, ε 0.45 0.5

Area superficial, Ap(m2/m3) 64 58.18182

Factor Empaque, Fε 93.827 93.84

Tabla 4.1. Resultados de las Sillas Intalox de 1”

Tamaño Nominal ¾”



Volumen de H2O (m3) 2.3 3.2


ρN( # piezas/Volumen de Empaque) 216216.2 244444.4

ρW ( peso/volumen de empaque) [=]kg/m3 848.6486 697.7778Fricción en espacio Vacíos, ε 0.621622 0.711111

Area superficial, Ap(m2/m3) 237.8378 195.5556

Factor Empaque, Fε(m-1) 178.89 130.36

Tabla 4.2. Resultados de las Sillas Intalox de ¾ ”

Comparación de los datos obtenidos con los de la literatura

Anillos Raschig

EmpaqueTamaño nominal

FactorValor de Literatura

% de Error

Seco SecoHúme

doCuadra

doTriangul

arAl

azarAnillos

Raschig3/4" ρ

W(kg/m3)

737 6.38 6.16 27.13

Ε 0.73 21.03 32.58 28.81A

p(m2/m3)

262 35.44 35.28 49.75

Fε(m-1) 255 12.15 12.15 12.15

8

1"

ρW(kg/m3)

670 5.14 2.05 2.59

Ε 0.73 24.51 29.42 17.60A

p(m2/m3)

190 30.40 25.12 24.73

Fε(m-1) 155 18.03 18.03 18.03

1 1/2"

ρW(kg/m3)

740 17.02 15.38 29.80

Ε 0.71 11.46 26.38 15.28A

p(m2/m3)

125 27.37 25.94 38.56

Fε(m-1) 95 2.60 2.60 2.60

Tabla 5.Comparación entre los resultados experimentales obtenidos y los valores teóricos reportados para los Anillos Raschig

Sillas Intalox de cerámica

EmpaqueTamaño nominal Factor

Valor de Literatura

% de ErrorSeco Húmedo

Sillas Imntalox

3/4"

ρW(kg/m3) 670 9.7 15.95Ε 0.77 11.96 9.34

Ap(m2/m3) 335 12.29 18.35

Fε(m-1) 145 4.91 4.91

1"

ρW(kg/m3) 673 26.38 2.71Ε 0.78 6.83 2.08

Ap(m2/m3) 249 13.81 29.95

Fε(m-1) 92 2.01 2.01

1 1/2"

ρW(kg/m3) 625 27.41 7.62Ε 0.81 5.39 11.49

Ap(m2/m3) 195 12.92 36.86

Fε(m-1) 52 4.96 4.96

Tabla 6. Comparación entre los resultados experimentales obtenidos y los valores teóricos reportados para las Sillas Intalox.

Discusión de resultados

Los errores presentados en este reporte se deben a las diferencias en las mediciones de cada uno de los empaques.

9

Podemos observar en la Tabla.3 que obtuvimos una fricción de espacios vacios para los Anillos Raschig de 1 ½” de 0.629, el cual al compararlo con el valor de la literatura, presenta un porcentaje de error de 11.46%, Tabla 5. Mientras, para los anillos de 1” se obtuvo el 24.51% de error. Finalmente para los anillos de ¾” obtuvimos un porcentaje de error de 21.03.

Conclusiones

Un empaque húmedo da mejor eficiencia al proceso.La fracción de espacio vacío, en el lecho empacado debe ser grande para permitir lascaracterísticas deseables para el flujo del fluido, por lo que el empaque más eficiente resulta ser el Anillo Raschig de 1 ½”.Los empaques tienen la característica de proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas utilizados, es decir mientras mas grande sea la Ap, el proceso tendrá una mejor eficiencia.Los empaques al azar son aquellos que se arrojan en la torre durante la instalación y se dejan caer en forma aleatoriaEn los empaques al azar la densidad del empaque, ρN, es generalmente menor en las paredes de la torre.

Memoria decálculo

Volumen de Lecho Empacado:

V=π∗r2∗hV=π∗0 .072∗0 .155V=2.3∗10−3m3

Área Superficial:

A= Area deempaqueVol de Lecho empacado

[¿ ] m2

m3

Área del empaque

A=Area Exterior+Area interior [¿ ]m2

Densidad:

ρN=No . piezas

Volumendel empaque[¿ ]No . piezas

m3

10

ρW= Pesodel empaqueVolumen delempaque

[¿ ]Kg

m3

Fricción en espacios vacios o porosidad:

ε p=Volumende H 2O

Volumen del empaque

Factor de Empaque:

F ε=ΑP∗ρN

También se puede obtener de la siguiente manera:

F ε=Z∗d−n

Donde:

d= Diámetro Nominal (mm)

Empaque Z nAnillos Raschig de

Cerámica2780

01.553

Sillas Intalox de Cerámica 7091 1.337

Anexo

11

Bibliografía

http://www.cheresourses.com/packcolzz.shtml (factor de empaque)Modeling of packed absorption tower for volatile organic compounds emission control for M. S. Rahbar and 2T. Kaghazchi, pp 211.Treybal, Robert. E. “Operaciones de Transferencia de Masa”, 2°Ed, Mc Graw-Hill.pp 218, tabla 6.3.

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http://www.cheresourses.com/packcolzz.shtml

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