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Diseño de
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Torre
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Maldonado Navarrete Anel Brigitte
Rodríguez Santos Erika Grisel
Varela Pedraza Andrés
Planteamiento del Problema.
En cierto proceso industrial se requieren purificar una solución Nitrobenceno-Tolueno 70-30, proveniente de un límite de batería a una temperatura de 77°C y una Presión de 2 Kg/cm2 man, para lo cual se emplean platos perforados como dispositivo de contacto; el diseño preliminar proporciona una columna de 25 platos requeridos y un balance de materia y energía con los siguientes datos:
Densidad del líquido a 77º C 0.815 g/cm3
Densidad del vapor a 77º C 0.0079 g/cm3
Tensión superficial 26 dinas/cm Gasto máximo liquido 69000 Kg/hr Gasto máximo vapor 59500 Kg/hr
GMIN
=
60%
DEG
MAX.Condiciones de Operación:
T=77°C y P=2 Kg/cm2 man.
Conversión de unidades de densidad.
[ ] [ ] [ ] [ ]
Conversión de unidades de flujo.
[
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
Material de Construcción: Acero Inoxidable 410.
Diámetro de la columna
Método de Sounders-Brown
Se estima separación de platos: 24” ≈ 61cm. Con Separación de platos ir a tabla 5, pag. 29. 24” 1.5 a 6m. (5 a 20 pie).
Para el factor de Sounders-Brown:
Con separación de platos y tensión superficial ir a pag. 20. C=205x10-3
Cálculo de velocidad másica
√ ( ) √ ( )
Cálculo del Diámetro de la Torre.
√ √
Método de Inundación.
Calculo de factor de inundación
v'=gasto máximo de vapor en Kg/hr l'=gasto máximo de liquido en Kg/hr
[ ] [ ] De tabla se lee con 0.1142 para obtener Csbgraf de pag. 81
Csbgraf= 0.095m/s.
Calculo de Csb
inundación * + [ ]Suponiendo una velocidad de diseño de 75% de velocidad de inundación se obtiene la velocidad del vapor basada en el área de diseño Un(Dis)
[ ]
* +
Se consideran los platos para un paso por lo que el área de la bajante es 12% del area de la torre, tendremos que el area neta de flujo de vapor será del 88%, quedando así:
( )( ) ( )( ) √ √ Se escoge un diámetro promedio calculado por ambos métodos
Distancia entre platos
De acuerdo a la tabla 2 Pag. 23 solo es para corroborar la distancia supuesta, en este caso no es necesario corregirla.
De tabla
Dtorre calculado
m Distancia entre platos supuesto Dm torre Distancia entre platos
1.8437 61 cm 1.5 – 6 61.cm
Tipo de flujo entre platos
La consideración será de acuerdo la capacidad que se están manejando de flujos de líquido y vapor por lo que se considera de un paso en flujo cruzado
Distribución de aéreas en el plato Numero de pasos 1
Tipo de flujo cruzado Area Transversal= 3.133m2
Longitud de vertedero
Área de cada bajante lateral
Área activa máxima
Diámetro de perforación, espaciado y espesor del plato
De acuerdo a nuestro sistema se considera poco incrustante por lo que se supone un diámetro de perforación de
d0=4.8 mm=3/16”
El arreglo se recomienda triangular y el pitch que es la distancia centro a centro de perforación se calcula mediante la siguiente secuencia
Calculo del espaciado
Ws=10 cm este valor es la distancia entre vertederos y perforaciones Wd=18%*Dt este valor es el ancho de la bajante
Wd=0.18Dt=0.18*1.6896=0.304m.
Wc=0 cm distancia entre coraza y perforaciones
( ) ( )
* √ +
[ √
]
Suponiendo una relación de
[ (
)]
[ ]
El espesor del plato se considera del material acero inoxidable Espesor de plato = 2.77 mm
Espesor de plato = 2.77 mm
Altura del vertedero de salida
Donde:
L” es el gasto máximo del liquido en L/min Lv es la longitud de vertedero en m
[ ]
[ ]
Alturas máximas y mínimas del vertedero
Se escoge hv=5cm.
H Sello de mampara
Se considera de 1.27 cm ya que la distancia de vertedero-mampara es menor a 1.5 m. Sello de mampara 1.27 cm
Dinámica del Plato.
Calculo de inundación
Porciento de inundación [ ] [ ] Csbgraf=0.095 m/s * + [ ] [ ] * +Arrastre
Con Flv=0.1142 y % inundación=75 ir a la fig. 33 pág. 83 se obtiene arrastre fraccional
Considerando una eficiencia seca del (Eficiencia de Murphy ) del Em=70%
Eficiencia húmeda
( )
Gradiente hidráulico
Como el diámetro es menor a 3.5 m no se tomara en cuenta
Caída de presión por plato
A Plato seco Do=4.76 mm Pitch=12.7 mm ( ) ( ) Ir a tabla 34Pag 83 para obtener Co Co=0.7
Área total perforada
( )
Velocidad del vapor a través de perforaciones.
( ) ( )
Caída de presión a través de la zona de espuma
Altura del líquidoFactor de aeración se obtiene de Fig 35 pag 86
β=0.6
Caída de presión a través de zona espumosa
( ) ( )
Caída de presión total por plato
Escurrimiento
Se prueba si el plato trabajará satisfactoriamente al flujo mínimo esperado. Flujo volumétrico vapor=0.5*Flujo diseño=0.5*2.092=1.046 m3/s
Flujo volumétrico liquido=0.5*Flujo diseño=0.5*0.02352=0.01176 m3/s
Co=0.7 ( ) ( ) [ ] h'l=5 + 2.9504= 7.9504 cm hl=.6*7.504=4.77024
de la fig. 36 Pag 86 se obtiene ho min. hmin=1.49
Altura del líquido en la bajante
Distancia entre mampara y piso=hs-sello de mampara=5-1.49=3.51 cm Abm=3.51cm*Longitud de vertedero=3.51*130.16cm=456.862cm2
Caída de presión bajo mampara
(
) (
)
Altura del líquido en la bajante
Hb=hv+hsv+hbm+ht=5+2.9504+4.2937+2.361+4.77024=19.3753 cm
Tiempo de residencia del líquido en la bajante
Tiempo de residencia.