Torres de absorcin de platos Las torres de absorcin de platos son dispositivos que permiten el contacto discontinuo entre el lquido y el gas. Constan de una serie de platos o etapas y en cada una de ellas se ponen en contacto las fases, separndose despus para entrar a una etapa nueva. En la etapa llamada ideal o terica las fases se ponen en contacto ntimo y salen de ella en equilibrio. En las etapas reales las corrientes salientes no estn en equilibrio. Las torres de platos se utilizan para grandes flujos de lquido y de gas y para dimetros mayores de 1 metro tambin si se presenta acanalamiento. Las torres de platos se utilizan tambin cuando en la absorcin se produce una gran generacin de calor por la disolucin del gas en el lquido. Un balance en una torre de absorcin de platos dara:

El clculo del nmero de etapas ideales se efecta mediante el empleo del mtodo de Mc Cabe -Thiele. Por ejemplo para el caso de la absorcin:

En donde el nmero de etapas ideales o tericas es igual al nmero de escalones. Clculo analtico del nmero de etapas ideales Cuando la lnea de equilibrio y la de operacin son rectas, el nmero de etapas ideales se pueden tambin obtener en forma analtica. Este caso se presenta con mezcla diluidas de gases y lquidos que siguen la ley de Henry, ya que el L /G es constante y si la lnea de equilibrio es recta si se expresa en fracciones mol. Para el caso de absorcin.

Donde tambien llamado factor de absorcinPara desorcion:

Esas ecuaciones se conocen con el nombre de ecuaciones de Kremser - Brown - Souder y se pueden presentar en forma grfica. Ver apndice. En el caso de que hubieran pequeas variaciones del L/G de un extremo a otro de la columna, se pueden tomar las medias logartmicas de esos valores para el clculo del nmero de etapas tericas. Por lo general el valor de A debe estar comprendido entre 1.25 y 2.0 siendo 1.4 un valor frecuentemente recomendado.

Altura equivalente de un plato terico Es la comparacin entre la torre de platos y la empacada. La altura equivalente a un plato terico HETP est definida como la altura necesaria de empaque que verifica la misma funcin que un plato terico. Esta magnitud se determina experimentalmente y es funcin del tamao y tipo del relleno, de los flujos de gas y lquido y de la composicin de las corrientes.

Eficiencia Debido a los cortos tiempos de contacto, las etapas de una torre de platos no trabajan idealmente por lo que es necesario evaluar el rendimiento o eficiencia. Entre las eficiencias ms empleadas estn: Eficiencia total Est definida por la relacin siguiente: Eo = Numero de etapas ideales / Nmero de etapas reales

Eficiencia de etapa La eficiencia de etapa o eficiencia Murphree se define por : =

En esta frmula y* es la composicin de la corriente gaseosa que est en equilibrio con la corriente de lquido que deja la etapa. Eficiencia de punto La eficiencia de punto est definida por :

=

En donde es la composicin del gas en un punto dado del plato, es la composicin del gas en ese punto del plato y que est en equilibrio con el lquido. La eficiencia de punto es diferente de la del plato ya que la composicin del lquido vara al viajar por el plato. La eficiencia de punto est relacionada con el nmero de unidades de transferencia de masa por medio de: En donde NOG es el nmero de unidades de transferencia totales del lado gas.

Distribucin de un plato La seleccin del dimetro de los platos se hace con base a las velocidades permisibles de la fase gaseosa. Un plato tpico con vertederos segmentados, tendra una distribucin parecida a la siguiente: rea de bajantes 12% rea activa 76 % Longitud del vertedero W 77% del dimetro Longitud de paso del lquido l 64 % del dimetro rea de flujo del gas Ah 10% del arrea activa.

Fig. 1.- Representacin esquemtica de una torre de platos perforados.

El espaciamiento entre platos se obtiene en funcin del dimetro Dimetros en piesEspacionamiento enpulgadas

4 o menos18

De 4 a 1024

De 10 a 1230

De 12 a 2436

El dimetro de la torre se calcula en funcin de la velocidad de inundacin. La inundacin se obtiene a partir de grficas del tipo:

En donde Un es la velocidad de inundacin del vapor en el rea efectiva en pies / segundo. Las grficas para platos perforados y platos con cachuchas se presentan en el apndice, las grficas fueron diseadas para emplearse con lquido de tensin superficial igual a 20 dinas/cm. Para lquidos con otra tensin superficial la correccin se hace por medio de:

Se recomienda que el diseo se haga para el 70% de la velocidad de inundacin

El rea total de la torre deber ser mayor que el rea neta para tener lugar para las bajantes y el espacio cercano a la pared. Con el rea total se obtiene el dimetro de la torre. AT = An / % del rea efectiva

TIPOS DE PLATOS

Platos perforados

En las torres de platos perforados, el dispositivo de contacto es un plato con perforaciones o plato criba. El gas pasa a travs de las perforaciones y burbujea en el lquido permitindose el contacto ntimo entre las fases.

El lquido pasa de plato a plato a travs de las bajantes o vertederos que pueden ser segmentados o circulares. La perforacin ms empleada es la de 3 / 16 de pulgadas en arreglo triangular y con espaciamiento entre perforaciones (pitch) de 5 dimetros.

La altura del vertedero es generalmente de 2 a 4 pulgadas o menor del 15 % del espaciamiento o distancia que existe entre plato y plato.

Fig.2.- Plato perforado

Platos con cachuchas

En estos platos el dispositivo de contacto es la cachucha o campana de burbujeo. El gas asciende a travs de las chimeneas de las campanas y se distribuye por las ranuras burbujeando en el lquido. El lquido pasa de plato a plato a travs de las bajantes o vertederos.

Fig. 3.- Representacin esquemtica de un plato con cachuchas.

Fig.6.- Plato con cachuchas, Tipos de cachuchas.

El dimetro de las campanas o cachuchas se selecciona de acuerdo con el dimetro de la torre, siendo los tamaos ms frecuentes los siguientes:Si el dimetro de la torre va de 2 a 5 pies el dimetro de la campana es de 3 pulgadas.Si el dimetro de la torre va de 5 a 20 pies el dimetro de la campana es de 4 pulgadas.Si el dimetro de la torres es mayor de 20 pies el dimetro de la campana es de 6 pulgadas.Las campanas se pueden colocar en el plato en arreglo triangular o en arreglo cuadrado. El claro entre campanas debe ser de una pulgada o ms.

PROBLEMA DE APLICACIN

Como resultado de un proceso de absorcin hay dos corrientes que deben ser separadas del soluto. La primera de 25 kgmol /h es una solucin de benceno en un aceite no voltil y que contiene 0.1 en fraccin mol de benceno. La segunda de 10 kg mol /h es una solucin de benceno en el mismo tipo de aceite con 0.05 en fraccin mol de benceno. Cada solucin se precalienta hasta 120 C y se separa con vapor en la misma torre a 1 atm de presin absoluta. El lquido saliente de la torre no debe contener ms de 0.005 en fraccin mol de benceno. La operacin es isotrmica, se puede aplicar la ley de Raoult y a 120 C la presin de vapor del benceno es de 2400 mm de Hg.La solucin ms concentrada entra en el plato superior de la torre y la menos concentrada en el plato en que la concentracin del benceno se acerque ms a la suya. Bajo las condiciones descritas determine el nmero de platos tericos requeridos si se utiliza 1.25 veces el flujo mnimo de vapor.

Traduccin

Planteamiento.- Lnea de equilibrio

-Lnea de operacin

Debido a que hay dos secciones en la torre habrn dos lineas de operacin. Una desde el fondo hasta la introduccin de la solucin diluida y la otra desde ese punto hasta la entrada de la solucin concentrada.

Clculos Lnea de equilibrio.

A partir de la ecuacin anterior se pueden construir los puntos de la lnea de equilibrio.

00

0.010.0323

0.0250.085

0.040.134

0.060.218

0.10.404

0.120.512

Lnea de operacin mxima.

Los puntos mnimos se deben obtener del diagrama. Con , se mueve la lnea hasta tocar la de equilibrio y de all se obtiene la pendiente. El choque de la lnea de operacin con la de equilibrio da la lnea de operacin mxima debido a que se trata de una desorcin.

A partir del diagrama:

Pendiente mxima

Flujo mnimo de vapor

Con esto se puede graficar esta lnea que va desde Y =0 a Y =? y de X = 0.005 hasta X= 0.0525, punto en que se introduce la solucin diluida

Segunda lnea de operacin (parte de arriba)La segunda lnea de operacin se obtiene a partir de los flujos:

Con esta pendiente se traza la lnea desde el punto Y =0.148 hasta Y = ? y de X =0.0525 hasta X = 0.111

=0.276Las dos lneas de operacin se grafican junto a la lnea de equilibrio tal como se ve en el diagrama. Numero de platos teoricos.Siguiendo el mtodo de Mc. Cabe con la lnea de equilibrio junto a las de operacin se grafican los platos tericos. De la figura se observa que el nmero de platos tericos es de 9. Adems se puede observar que la solucin diluida se alimenta en el tercer plato. ResultadoSe requieren 9 platos tericos, la solucin diluida se alimenta en el tercer plato.