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Diseño de una Torre de Destilación con Platos Perforados

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Academic year: 2021

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(1)

Terce

r De

parta

ment

al.

8IM3

Diseño de

una

Torre

de

Dest

il

aci

ón c

on

Pl

atos Perfora

d

os

Maldonado Navarrete Anel Brigitte

Rodríguez Santos Erika Grisel

Varela Pedraza Andrés

(2)

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%

DE

G

MAX.

Condiciones de Operación:

T=77°C y P=2 Kg/cm2 man.

Conversión de unidades de densidad.

[ ] [ ] [ ] [ ]

Conversión de unidades de flujo.

[

(3)

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]

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.

√ √

(4)

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.

(5)

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

( ) ( )

(6)

* √ +

[ √

]

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

(7)

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

( )

(8)

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 líquido

Factor 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

(9)

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.

Referencias

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