Transferencia De Masa

Introducción

Las torres empacadas ocupan un lugar destacado en las industrias de transformación fisicoquímica, ya que juegan un papel fundamental en las operaciones de transferencia de masa y de calor que requieren el contacto directo entre fases inmiscibles¸ consiste en un envolvente en forma de cilindro que tiene en su interior un plato de soporte para el material de empaque, un dispositivo de distribución del líquido, con un diseño tal que proporcione una irrigación eficaz al empaque. Es posible implementar otros dispositivos para lograr una redistribución del líquido que se puede encauzar hacia debajo de la pared. El gas entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido.

Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para torres y hoy en día existen varia clases comunes.

Las torres empacadas son ampliamente usadas en las industrias química, petroquímica, farmacéutica, de alimentos, biotecnología y ambiental. Se emplea en operaciones que involucran el contacto directo entre fases tales como absorción, desorción o despojamiento, destilación o rectificación, extracción liquido-líquido y deshumificación, así como en sistemas reactivos químicos y bioquímicos, con el fin de promover la transferencia de masa y calor.

La importancia de analizar las caídas de presión en las torres empacadas se dan principalmente en los procesos de transferencia de masa, en diseño de equipos como por ejemplo en una torre de absorción; como fin de que el área de empaque propicie una buena transferencia de masa sin un gasto excesivo de energía.

GENERALIDADES

La torre empacada, utilizada 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 empaques o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre estos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.

Las columnas y los empaques de la práctica tienen diferentes diámetros; al variar el gasto en el rotámetro, varía la presión, con esto, obtenemos diferentes gastos y caídas de presión experimentales.

Uno de los problemas como consecuencia de la caída de presión en las tuberías sujetas a la columna, es el golpe de ariete. Éste es el cambio de presión que ocurre al cambiar súbitamente la velocidad del flujo de agua; en el momento del golpe de ariete, se genera una sobrepresión que puede causar severos daños al sistema.

La torre empacada cuenta con medidores de presión que nos dan directamente la caída de presión. Mantendremos un flujo másico del líquido constante, a ese flujo registraremos la caída de presión a diferentes gastos de gas. Para obtener el flujo volumétrico del gas y del líquido será utilizada la ecuación de medidores de flujo,

Q=(πd^2)/4 C_D √((2g_c ∆P)/ρ(1-β^4 ) )

Para a caída de presión se usa la siguiente ecuación:

∆P/Z= C_D 〖G´〗^2/ρ_G

Es la simplificación de la ecuación de Ergun.

Algunas aplicaciones actuales para las operaciones de absorción con torres empacadas son:

. Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de producción

• Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados), es decir en efluentes gaseosos

• La recuperación de gases ácidos como H2S, mercaptanos y CO2 con disoluciones de aminas

• Producción industrial de disoluciones ácidas o básicas en agua (ácidos clorhídrico, sulfúrico y nítrico o hidróxido amónico)

• Eliminación de CO2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido de sodio

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIAL, EQUIPO Y/O REACTIVOS

EQUIPO SERVICIOS

Torre de inundación en LEM de I.Q Aire comprimido

Energía eléctrica

Procedimiento Experimental:

Primero se realizará el estudio con los empaques secos:

1. Se verifico la posición inicial de las válvulas y el nivel de líquido en el tanque.

2. Permitir el flujo de aire de una manera muy lenta, para así controlar el ΔP del aire, conforme se va abriendo la válvula de aire, se toman lecturas de ΔP de la torre, así como la presión manométrica y la temperatura del aire

3. Registrar lecturas

4. Verificar que las trampas de agua estén vacías

5. Proceder a realizar el estudio con el lecho empacado húmedo, para realizar esto, abrir la llave del agua lentamente hasta obtener un flujo de agua constante (se prefiere trabajar con el agua como el “fluido constante” debido a la dificultad que presenta manejar el paso de aire por una tubería de 11/2”, por razones prácticas se prefiere la tubería de agua de ½”

6. Una vez obtenido el flujo constante de agua, se procede a dar lectura del ΔP de la torre y ΔP del aire, conforme el nivel de agua va aumentando, cuidando el momento en el que comience a inundarse la torre

7. Realizar 2 corridas a 2 distintos ΔP de agua

8. Registrar datos

9. Cerrar válvulas y vaciar trampas de agua

RESULTADOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Mediciones sin flujo de agua

∆Paire / (in H2O) ∆Ptorre / (in H2O) Paire / (lb/in2)

6 5 0

8 5 0.1

10 5 0.2

12 5 0.4

14 5 0.5

16 5 0.75

18 5 0.9

20 5 1

22 5 1.1

24 5 1.2

26 5 1.25

28 13 1.3

30 13 1.4

32 13 1.6

34 13 1.8

36 13 1.9

38 13 1.95

40 13 2

Tabla 2: mediciones con flujo de agua (1psia)

∆Paire / (in H2O) ∆Ptorre / (in H2O) Paire / (lb/in2)

6 7 0.1

8 7 0.5

10 7 0.6

12 9 0.8

14 12 1

16 15 1.25

18 16 1.35

20 18 1.5

22 23 1.8

24 30 2

26 30 2.5

tabla 3: mediciones con flujo de agua (1.5 psia)

∆Paire / (in H2O) ∆Ptorre / (in H2O) Paire / (lb/in2)

4 6 0.1

5 6 0.2

6 6 0.3

6 6 0.5

7 8 0.6

7 8 0.75

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