Calculos de platos

PROFESOR: ING. JAVIER DIAS ROMERO

PROBLEMA
En un proceso industrial se demanda la construcción de una torre de destilación o fraccionadora, para purificar una muestra de n-pentano – isopentano para lo cual se emplean platos perforados como dispositivos de contacto. El diseño preliminar indica una columna de 27 platos requeridos y el balance de materia determina lo siguiente:
Requerimientosdel proceso:
Sistema: n-pentano – isopentano
Propiedades del material:
Densidad del liquido @71 °C. (gr/〖cm〗^3 ) …………………………………………………………………… 0.667
Densidad del vapor @71 °C (gr/〖cm〗^3 ) ……………………………………………………………………… 0.0078
Tensión Superficial @71 °C (dinas/cm) …………………………………………………………………….. 27.5
FLUJOS ESPERADOS
Gasto máximo liquido = 69 000 kg/hr = 0.0283 m^3/seg= 1698 lt/min
Gasto máximo vapor= 65 000 kg/hr = 2.3148 m^3/seg= 138888 lt/min
Gastos mínimos de liquido y vapor = 60% de los gastos máximos
Condiciones de operación
Temperatura (°C) …………………………………………………………………..……………………………….71
Presión (atm) …………………………………………………………………….….…………………………………1.5
Platos Teóricos Requeridos……………………………………………………..…………………………….. 27

SOLUCION:
A.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN:
De acuerdo al líquido quese maneja se escoge acero inoxidable 410, resistente a sistemas corrosivos para la lámina que se va a perforar.
Para la coraza de la torre, soportes y mamparas del plato, el acero al carbón es satisfactorio
B.- CALCULO DEL DIÁMETRO DE LA COLUMNA
1. MÉTODO DE SOUDERS-BRAWN
Se siguen exactamente los mismos pasos que para el plato de cachucha, por lo tanto, tal como se había calculado:
Dt= 2.36m = 7.74 pies
2. MÉTODO DE INUNDACIÓN
a) Mediante la siguiente ecuación y la figura 38 pág. 81
FEV= L^´/V^(´ ) (ρ_V/ρ_L )^(1/2) se obtiene el factor de Inundación “Csb graf”
FEV= (69 000 kg/hr)/(65 000 kg/hr) ((0.0078 gr/〖cm〗^3 )/(0.677 gr/〖cm〗^3 ))^(1/2) = 0.11
De acuerdo a la tabla 2 la distancia entre platos adecuados será: 61 cm = 24”
De la Fig. 32 pág. 81
Csb graf = 0.097
b.Mediante la siguiente ecuación y la tabla 15 pagina 82 obtenemos Csb inundación:
Csb inund = (Csb graf) (σ/20)^0.2
Escogiéndose un área perforada igual al 10% del área activa al factor de corrosión por % de área perforada es igual a la unidad
Por lo tanto:
Csb inund = (0.097) (27.5/20)^0.2 = 0.1033 m/seg
c. Suponiendo que la columna trabaja al 75% de la velocidad de inundación, tenemos que aplicarla siguiente ecuación:
U diseño= ((Csb inund)(0.75))/((ρ_V/(ρ_L-ρ_V ))^(1/2) )
Sustituyendo valores:
U diseño= ((0.1033 m/seg und)(0.75))/((( 0.0078 gr/〖cm〗^3 )/((0.677-0.0078)gr/〖cm〗^3 ))^(1/2) ) = 0.7176 m/seg
d. Si se escoge el área de cada bajante como el 12% del área de la torre, tendremos que el área neta de flujo de vapor será del 88% At por lo tanto:
At = (Gasto volumetricovapor)/((U diseño)(%An))
Sustituyendo valores tenemos:
At = (2.3148 m^3/seg)/((0.7176)(0.88))=3.66 m^2
Dt = (At/0.785)^(1/2)
Sustituyendo valores:
Dt = (3.66/0.785)^(1/2)=2.16 m
Se escoge un diámetro promedio al calculado por ambas métodos:
Dt = (2.16+2.36)m/2=2.26 m=7.41 pies
C. DISTANCIAS ENTRE PLATOS
De acuerdo a la tabla 2 pág. 23, ha sido seleccionada una distancia entre platos de 61 cm= 24”
D. TIPO DE FLUJO EN EL PLATO:
De acuerdo a la teoría se escoge un plato de 1 paso, de flujo cruzado.
E. DISTRIBUCION DE AREAS EN EL PLATO
De acuerdo a las sugerencias proporcionadas en la teoría el plato tendrá las siguientes características:
Tabla 16
Tipo de flujo 1 paso
Diámetro entre platos 61 cm (24”)
Diámetro de la torre (Dt) 2.26 m (7.41pies)
Área transversal de la torre(At) 3.66 m^2
Longitud vertederos = 77% Dt 1.7402 m
Área de c/bajante = 12% At 0.4394 m^2
Ancho de la bajante = Wd = 18% Dt (ver fig. 14) 0.406 m
Se escoge además una distancia entre vertederos y perforaciones (Ws) de 10 cm, y considerando que la distancia entre coraza y perforaciones (Wc) es mínima tenemos;
Ws = 10 cm
Wc = 0
Wd = 0.406 m = 40.6 cm
F. DIAMETRO DE LAS PERFORACIONES,...