Diseño de una torre empacada

DISEÑO DE UNA COLUMNA EMPACADA MEDIANTE EL MÉTODO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA Y ALTURA EQUIVALENTE DEL PLATO TEÓRICO
SISTEMA BISULFURO DE CARBONO – TETRACLORURO DE CARBONO



INTRODUCCIÓN

En las columnas de corona de burbuja y de platos perforados, una gran área interfacial entre el vapor ascendente y el reflujo es obtenida haciendo que el vapor burbujee a través del líquido. Unarreglo alternativo, el cual también proporciona una gran área interfacial de contacto para la difusión, es la columna empacada, en la cual la cáscara cilíndrica de la columna está llena de relleno. Un arreglo común para la destilación es como indicado en la Figura de abajo, donde el embalaje puede consistir en anillos, sillas, u otras formas partículares, todo lo anteriormente mencionado es paracrear un diseño de torre empacada para proporcionar una alta área interfacial para la transferencia. En las columnas empacadas el vapor fluye regularmente hacia arriba y el reflujo regularmente hacia la parte de debajo de la columna, dando un sistema real en flujo a contracorriente en contraste con las condiciones en columnas de corona de burbuja, donde el proceso de enriquecimiento es por etapas (conflujo cruzado). A las columnas empacadas deben hacerse una buena distribución inicial de líquido a través del corte transversal de columna y la redistribución de líquido en varios intervalos de altura que se disminuyen con el diámetro de columna creciente. Una amplia variedad de distribuidores y nuevos distribuidores está disponible.


Figura.

1 Kmol/h de una mezcla de bisulfuro decarbono- tetracloruro de carbono al 40% molar en el componente más volátil, va a ser destilado en una torre de relleno para obtener un producto de cabeza 0,95 molar y 0,05 molar para el de cola. El alimento entra como liquido saturado en un punto intermedio de la torre. Si se trabaja con una relación de reflujo externo igual a un treinta por ciento por encima de la relación de reflujo mínimo, yseleccionando anillos Raschig de una pulgada de diámetro nominal determínese:

a) Las ecuaciones de las rectas de operación
b) El numero de unidades de transferencia, NOG.
c) La altura de las unidades de transferencia, HOG, y posición del alimento. Lo mismo con el método de HETP.
d) El peso del relleno y diámetro de la columna
e) El consumo energético por kilogramo de producto destilado, suponiendoque hay que calentarlo desde la temperatura ambiente de 27ºC.

SOLUCIÓN:

a) Consideramos una columna empacada como la que se muestra en la Figura 1. Esta muestra las corrientes que llegan a la columna y las que salen de ella.

1) Se haya primero las corrientes de la torre para después expresar la ec. de la rectas.

Figura 1.
Una torre de relleno para destilación

Haciendo un balance demasa global, con respecto al más volátil, a la torre de relleno tomando solo la corriente que entra y las dos que salen como se muestra en la Figura 2, nos da:


Figura 2.
Muestra solo la corriente que entra y las dos que salen de la torre.

Balance de masa:

Global:
Más volátil:

Siendo,
F, el flujo molar del alimento
D, el flujo molar del destilado
W, el flujo molar del residuo, fracción molar del alimento
, fracción molar del destilado
, fracción molar del residuo

Además, sabemos del ejercicio que la corriente de alimento es F = 1 kmol/h, fracción molar del alimento , fracción molar del destilado , y fracción molar del residuo . Se escoge trabajar con 1000 mol/h para este caso en particular. Remplazando los valores conocidos queda:

(1)
(2)

De (1) setiene que:


Remplazando (1) en (2):


Reemplazando el valor del flujo molar del destilado en la ecuación (1), da:



Así, tenemos



Ahora, hacemos un balance de masa en el tope de la columna:


Figura 3.
Muestra solo la corriente que entra y las dos que salen del condensador.

Balance de masa:

Global:

Como se determinó el del flujo molar del destilado, este se coloca y...