Diseño tanque agitado

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FLUIDOS A MEZCLAR

En el presente trabajo, presentamos el diseño de un tanque agitado para la carbonatación de hidróxido de calcio (1), el cual es el último paso del proceso de purificación por precipitación del carbonato de calcio contenido en roca caliza.

〖Ca(OH)〗_2 (aq)+ 〖CO〗_2 (g)→ 〖CaCO〗_3+ H_2 O (1)

La relación estequiometria es 1:1, por lo tanto necesitaremos 1 molde hidróxido de calcio que pesa 74g y 1 mol de dióxido de carbono que pesa 44g para producir 1 mol de carbonato de calcio que pesa 100g. Si queremos producir 6 Kg de 〖CaCO〗_3+ necesitaremos 4440g de 〖Ca(OH)〗_2 y 2640g de 〖CO〗_2.
A temperatura ambiente el hidróxido de calcio es sólido, y por lo tanto, primero se prepara una solución acuosa saturada así:
La solubilidad del hidróxido de calcioen agua es: 0.19g〖Ca(OH)〗_2 /100gH_2 O
obteniendo una solución con 4440g〖Ca(OH)〗_2 /2336842gH_2 O
m_sln=4440g+2336842g=2341282g ,d=1,116g⁄〖cm〗^3
V_sln= m_sln/d=2098L sln
Ahora, el volumen de 〖CO〗_2 necesario es:
d=0,00637g⁄〖cm〗^3
V_CO2=d/ m_CO2=415L sln

Para garantizar la producción de los 5Kg de carbonato de calcio, tomamos un exceso de los dos reactivos.
V_sln=2150Lsln,V_CO2=430L sln

El flujo volumétrico de dióxido de carbono será:
Q=10L⁄min
Tomando como tiempo de reacción 43 minutos.
DIMENSIONES DEL TANQUE Y EL AGITADOR

Cuando se va a usar un único agitador, un diámetro del tanque igual al nivel de líquido a agitar es óptimo. Así, conociendo el volumen de líquido a agitar calculamos el diámetro del tanque.
V=2.15m^3=π〖T⁄2〗^2*Z

La altura deltanque la calculamos tomando la altura del líquido como el 80% de la altura total del tanque.
H=1.75m
Asumiendo D⁄T=0.3
Tenemos que el diámetro del impulsor es:
D=0.42m
El impulsor estará a una altura de Z⁄6=0.24m
Utilizaremos un impulsor tipo turbina con 6 palas planas, ya que es ideal para los procesos dedispersión de gases en líquidos ya que provee un balance entre la turbulencia necesaria para contrarrestar la resistencia del proceso a la transferencia de masa y el flujo necesario para mantener un mezclado uniforme.

Figura1. Agitador disco de 6 palas planas

Para evitar remolinos y formación de vórtice, se instalan 4 bafles con las siguientes características:
Ancho:T⁄(12 )=0.12m
Localizado a una altura de D⁄2=0.21 medida desde la línea tangente al fondo del tanque y a una distancia de 1/6 del ancho del bafle ( 0.02m) de la pared del tanque.



Figura2. Diseño de tanque agitado para dispersión de CO2 en Ca(OH)2

MATERIAL DEL TANQUE Y EL AGITADOR

Para seleccionar el material adecuado para laconstrucción del tanque agitado, tuvimos en cuenta las características y la reactividad de los fluidos a mezclar. De estas, obtuvimos los siguientes parámetros de decisión:
El material debe resistir posibles altas presiones, debido a la presencia de 〖CO〗_2 (g).
El material debe ser resistente a la corrosión, ya que el hidróxido de calcio lo es.
Considerando estos dos aspectos, escogimos elacero inoxidable para la fabricación del tanque y el agitador ya que contiene cromo y otros metales afines al oxigeno que reaccionan con el formando una capa amortiguadora que evita la corrosión del hierro y deja la superficie inerte a las reacciones químicas. Además, tiene alta resistencia mecánica (de al menos 2 veces la del acero al carbón), tiene buenas propiedades de mecanizado, corte ysoldabilidad y tiene bajos costos de mantenimiento.


ESPESOR DE LAS PAREDES, FONDO Y TAPA DEL TANQUE

Utilizaremos una tapa toriesferica, ya que puede llegar a soportar grandes presiones manométricas y son de bajo costo. Además, son las más usadas en la industria.


Figura3. Tapa toriesferica

Su característica principal es que el radio del abombado es aproximadamente igual al diámetro...
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