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Altura del empaque

La altura que debe tener el empaque para lograr la transferencia de masa deseada se calcula por medio de ecuaciones semejantes a:

Z = HOG NOG en donde HOG en la altura total de la unidad de transferencia del lado gas y es igual a:

y NOG es el nmero de unidades de transferencia de masa basada en el lado gas y en la diferencia de potencial total, o sea:

La evaluacin de esa integral se efecta mediante los procedimientos comunes utilizados en transferencia de masa.

Dimetro de la torre

Las velocidades msicas del gas y del lquido influyen en la altura del empaque o relleno, de tal manera que al aumentar estas velocidades disminuye la altura necesaria del empaque requerido para lograr una separacin dada y por ello, se debe operar a velocidades tan altas como sea posible, a no ser que, la prdida de presin a travs del relleno sea un factor econmico significativo.

Cadas de presin

En las torres empacadas se producen cadas de presin en el gas que son debidas al empaque mismo, al roce contra las paredes del recipiente y al flujo del lquido que pasa por la torre. En general, si graficamos P contra el caudal del gas tendremos para un gasto dado de lquido el siguiente comportamiento:

CBADPG

Del punto A al B las cadas de presin se pueden calcular por medio de grficas o por ecuaciones tales como:

En donde a, B son propiedades del empaque y L/ A y G/ A son velocidades de masa. El punto B se conoce como el punto de carga. En l, una parte de la energa del gas se usa para frenar el flujo de lquido en la torre, por lo que se reduce la seccin efectiva de flujo de gas. En el punto C se produce el fenmeno llamado de inundacin, en el cual la torre se vuelve inestable, ya que el lquido es retenido por el gas y no desciende, inundndose la torre y detenindose la transferencia de masa. Este punto de inundacin presenta el lmite superior de la velocidad posible del gas para un flujo dado de lquido. En otras palabras, se presenta la inundacin cuando la prdida de presin del gas es tan alta, que el peso del lquido no es suficiente para que este circule a contracorriente con el gas. La velocidad de inundacin se puede calcular mediante la grfica de Lobo.

En donde y a son propiedades del empaque llamadas porosidad y superficie especfica. Los datos de algunos de los empaques ms comunes se presentan en el apndice.

La velocidad de inundacin puede tambin calcularse por medio de:

Coeficientes y alturas de las Unidades de transferencia

Los coeficientes de transferencia de masa en la absorcin se predicen a travs de correlaciones. Para emplear las correlaciones, uno de los primeros requerimientos es indicar cual es la pelcula controlante en el sistema. En el caso de que sea una sola la pelcula controlante, el coeficiente parcial se hace igual al total. La mayora de las correlaciones que se encuentran en absorcin se refieren a las llamadas alturas de unidades de transferencia en vez de como coeficientes de transferencia de masa. La mayora de los trabajos sobre la estimacin del HG o altura de la unidad de transferencia del lado gas se basan en la vaporizacin de lquidos en aire y en la absorcin del amonaco, ya que en esos casos, la mayor parte de la resistencia se encuentra en la fase gaseosa.

Una de las correlaciones ms utilizadas por su sencillez es la de Fellinger.

En donde y son constantes que dependen del empaque y L/A y G/A son las velocidades de masas del lquido y del gas respectivamente.

Los valores de HL o altura de la unidad de transferencia del lado del lquido, se determinan ordinariamente a partir de experimentos sobre la deabsorcin del oxgeno, bixido de carbono e hidrgeno disueltos en agua; puesto que en esos casos la resistencia a la transferencia reside casi por entero en la fase lquida. Para la fase lquida una de las ecuaciones ms empleadas es la de Sherwood y Holloway.

En donde y n son caractersticas del empaque. Ver apndice. Si se desea obtener la altura total de la unidad de transferencia se deber emplear la ecuacin siguiente:

En donde HOG es la altura total de la unidad de transferencia del lado gas, m es la pendiente de la lnea de equilibrio y Gs/Ls la pendiente de la lnea de operacin.

Para la absorcin en torres empacadas se puede disponer de algunas correlaciones que nos dan el valor del coeficiente. Aqu presentamos la correlacin propuesta en el libro de K.F. PavlovPara la pelcula gaseosa

Nug = 0.0407 en donde Donde:

Deq= dimetro equivalente= e = volumen de huecos del empaqueap= superficie especfica del empaque m2/m3DG= difusividad del gas en m2 /h

UG= velocidad del gas referida a la seccin total de la columna (ficticia) en m/ s

Para la pelcula lquidaNuL =0.0021 ReL0.75 ScL0.5

KL es el coeficiente de transferencia de masa del lado del lquido en m/ sDL = difusividad del lquido en m2/ sd= espesor de la pelcula lquida en metrosd =

L= es el gasto de lquido en kg/ sA= es el rea transversal= es el coeficiente de mojado (generalmente con valores entre 0.7 y 1 KLa= KL aPkLa es el coeficiente volumtrico de transferencia de masa del lado del lquidoSe debe recordar que:

Siendo KG el coeficiente total de transferencia de masa del lado del lquido.Correlaciones para empaques estructurados.

Durante los ltimos 25 aos se desarrollaron nuevos tipos de empaque que en contraste con las piezas de empaque utilizadas al azar se acoplan a las dimensiones de la columna en una forma ordenada y estructurada. Estos empaques estructurados tienen un comportamiento muy atractivo principalmente debido alas bajas cadas de presin y su alta eficiencia, sin embargo su costo por unidad de volumen es relativamente alto. Los empaques estructurados se presentan en forma de mallas de fibras o como laminillas orientadas. En esos empaque el lquido se mueve a travs de los canales o intersticios en contracorriente con los vapores. Los coeficientes de transferencia de masa para estos empaques estn dados por : Sh = 0.0328Re0.8Sc 0.33

en donde:

U G efec = El flujo efectivo del gas

U L efec = El flujo efectivo del gas

MTODO GRFICO.-Empleando la expresin [ ] como ecuacin de definicin del elemento de transmisin, tendremos que en un elemento de transmisin el enriquecimiento en una fase (Y2- Y) es igual a la variacin media del potencial del proceso que origina ese enriquecimiento (Y -Y*hog. De acuerdo con esto, el clculo grfico se verifica del modo siguiente (Fig.1), suponiendo que el potencial medio del proceso sea la media aritmtica. Construidas las lneas de operacin y de equilibrio, se traza la lnea AB de modo que equidiste verticalmente de las lneas de operacin y de equilibrio. A partir de N (composicin 1 YA2 para el vapor) se traza el segmento horizontal NP de modo que NL=LP; desde P se traza la vertical PM, estando M sobre la lnea de operacin. La unidad de transmisin ser el escaln N PM, puesto que la variacin de la composicin del vapor, Y M -YN' es igual al potencial medio del proceso entre M y N dado por el segmento ST, ya que por construccin MP=ST. A partir de M se contina la construccin grfica del mismo modo, hasta alcanzar el punto YA1 que corresponde a la composicin del gas en la parte ms baja de la torre. El nmero de elementos de transmisin ser igual al de escalones trazados desde YA2 hasta YA1.

CARACTERSTICAS DE EMPAQUES ALEATORIOS