Columna De Relleno

Introducción

En las columnas de relleno se produce una operación de transferencia de materia de manera continua, mediante el contacto íntimo entre dos fluidos inmiscibles o parcialmente inmiscibles (generalmente, gas - líquido).
Pero en realidad, la característica más distintiva de estas columnas es el relleno, que permite conseguir una elevada superficie de contacto entre las fases,mejorando así la transferencia de materia.
No obstante, el diseño de una columna implica no sólo la elección de un relleno sino también el cálculo de su altura, de su diámetro y la instalación de elementos auxiliares, tanto dentro como fuera de la columna.
Las columnas de relleno son utilizadas ampliamente en la industria, por ejemplo, en la eliminación de contaminantes como el dióxido de azufre y eldióxido de carbono, por absorción. Sin embargo, muchos procesos de absorción y de destilación pueden realizarse tanto en una columna de relleno como en una columna de platos, por lo cual es importante conocer cuáles son las ventajas y desventajas de cada una.















Diseño de la Columna

Para el diseño de una columna, debemos tener en cuenta, además de los costos, lacapacidad y la eficiencia con la que queremos trabajar. La capacidad se relaciona con la magnitud de los caudales a manejar, mientras que la eficiencia se relaciona con las composiciones que queremos obtener a partir de las composiciones de entrada. Ambos parámetros van a depender de cuatro variables:
El diámetro de la columna.
La altura de la columna.
El relleno.
La presencia de otroselementos internos.

Diámetro de la columna
El cálculo del diámetro de una columna se realiza a partir de consideraciones hidrodinámicas, es decir, a partir de los datos de caudales de circulación del gas y del líquido. Por lo tanto, el diámetro va a influir directamente en la capacidad de la columna.
Por lo general, se trabaja con un diámetro para una determinada caída de presión por pie de empaque,o bien para que la columna trabaje con un caudal que se encuentre entre el 50 y el 75% del caudal de inundación. Este caudal de inundación se calcula de gráficas empíricas.

Altura de la columna
La altura de una columna es el parámetro de diseño más importante de la columna. Esto se debe a que, para una columna con características determinadas, la altura va a determinar las composiciones delas corrientes de salida, y por lo tanto, la eficiencia de la columna se va a ver directamente relacionada con su altura.
A partir de los balances de materia, es posible relacionar la altura de la columna con las composiciones a tratar, mediante la siguiente ecuación:
z=V ̅/(K_y as) ∫_1^2▒dy/((y_i-y)/∅_y )
Dentro de esta ecuación, distinguimos dos factores: la integral de esta ecuación es elnúmero de unidades de transferencia, mientras que la constante se conoce como la altura de la unidad de transferencia:
z=H_y∙N_y
Ahora bien, si bien el número de unidades de transferencia se relaciona con las composiciones a la entrada y a la salida de la columna y con la composición de interfase, la altura de la unidad de transferencia depende, entre otras cosas, del área específica, que depende delrelleno de la columna.

Relleno
Para poder elegir un relleno, debemos tener en cuenta las características que el mismo debe cumplir. Un buen relleno debe:
Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas, lo cual implica maximizar, dentro de lo posible, el área específica del relleno.
Ser químicamente inerte a los fluidos que se utilizarán en el proceso.
Ser mecánicamenteresistente, sin tener un peso elevado.
Tener pasos adecuados para ambas corrientes; es decir, minimizar la retención del líquido (ya que esto disminuye la eficiencia de la columna) y a su vez proporcionar una caída de presión lo más baja posible.
Tener un costo razonable.
Por estos requisitos, los rellenos suelen fabricarse de cerámica, de plástico, y de diversos metales o aleaciones (acero y de...