INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS

INTEGRANTES:

García Hernández FernandoMartínez Ángeles EfraínOrdoñez Barrera Cynthya EdénParedes Ramírez Jair

DISEÑO DE EQUIPOS

METODO DE SOUDER-BROWN

• Se utiliza para obtener la velocidad de vapor máxima permitida en recipientes de separaciones líquido-vapor.

• Este método supone que la velocidad máxima permisible del vapor dentro de la columna , es aquella que origina una fuerza de empuje hacia arriba igual a la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre las gotitas del líquido formadas. Lo anterior implica que el arrastre del líquido al plato superior es despreciable.

METODOLOGIA

1) Calcular la velocidad máxima permitida de vapor en el recipiente. Ecuación de Souders-Brown:

W= masa velocidad de vapor máxima permisible. ρL=densidad del líquido, Kg/m3. ρV= densidad del vapor, Kg/m3 C=Constante adimensional cuyo valor depende de detalles del plato

y de la tensión superficial del líquido.

VALORES RECOMENDADOS PARA C

La GPSA recomienda los siguientes valores de C a las siguientes presiones de operación):

* A presión de 0 bar C=0.107m/s.* A presión de 7 bar C=0.107m/s.* A presión de 21 bar C=0.101m/s.* A presión de 42 bar C=0.092m/s.* A presión de 63 bar C=0.083m/s.* A presión de 105 bar C=0.065m/s.NOTA:C=0.107 a una medida de presión de 7 bar. Se resta 0.003 por cada 7 bar arriba de una presión de 7 bar.Para soluciones de glicoles y aminas, multiplicar valores de k por 0.6 a 0.8.

• En ocasiones se recomienda usar un factor de seguridad del 10 al 20 %, dividiendo W entre 1.10 a 1.20

• Si se trabaja a presiones comprendidas entre .35 a 17.5 kg/cm2.

• El diámetro obtenido y se ajusta mediante el método de Bolles.

W

VD f

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PROBLEMAEn cierto proceso industrial se requiere diseñar una torre de destilación para purificar una mezcla de n pentano isopentano, para lo cual se emplean cachuchas de burbujeo como dispositivo de contacto, el diseño preliminar indica una columna con 28 platos requeridos y el balance de materia y energíaproporcionan los siguientes datos:Propiedades del material:Densidad del liquido a 74 ºc ----------------0.6800 g/cm^3Densidad del vapor a 74 ºc------------------0.0077 g/cm^3Tensión superficial a 74 ºc-------------------26.5 dinas/cmFlujos esperados:Gasto máximo del liquido--------------------72,500 kg/hr= 29.62 L/seg.Gasto máximo del vapor---------------------64,000 kg/hr=2.31m^3/seg.Gastos mínimos 60%de los gastos máximos.Condiciones de operación:Temperatura------------------------------------74 ºcPresión-------------------------------------------1.8 atm

• Determine:• 1. - Diámetro de la torre.• a) .-Usando el método de Souders-Brown.• b).- Empleando el método de Bolles.• 2.-Distribución de las áreas en el plato.• 3.- Altura del vertedero de salida y el sello de lamampara.• 4.- Especificación general de las cachuchas deburbujeo.• 5.- Tipo de flujo y la distancia entre platos.• 6.- La dinámica del plato (verificación hidráulica dela torre).

A.-Materiales de construcción:

1.-El material para cachuchas recomendable es de aleación resistente a la corrosión.

2.-Para la coraza ,el piso del plato y soportes del mismo, el acero al carbón es satisfactorio.

B.-Calculo del diámetro de la columna.

1.-METODO DE SOUDERS-BROWN.

De acuerdo a la tabla 2 pág.. 23, se selecciona una

distancia entre platos tentativa de 61cm .(24”) sujeta a

cambiarse si es necesario.

Con dEp=61cm y con tensión superficial=26.5 dinas/cm de la Fig.10 se obtiene:

C=205,000 m/hr

• Obteniendo C=205,000 m/hr

Aplicando la Ec. 1 de la pag.18:

Método de Bolles• 1.- De acuerdo ala tabla N° 5 pg. 29, se

seleccionan cachuchas de 7.6 cm o 10.16 cm. (4’’) de diámetro nominal de aleación resistente a la corrosión.

• 2.-De tabla N°6 pg.30 se eligen dimensiones de las cachuchas entramos con 10.16 de tamaño nominal acero al carbón.

• Dext=10.39 cm• Dint=9.84 cm• N° ranuras=26• Mr=3.175 cm• Mr.- Es la altura de ranura

• Se obtiene el área de ranuras mínimas para el manejo del flujo máximo de vapor esperado se obtiene con.

• Donde:• Ar= area de ranuras por cachucha• Cr=Constante que depende dela forma de la

ranura• R=ancho de la ranura en la parte superior

entre el ancho de la ranura en la parte inferior

𝑉𝑚𝑎𝑥=𝐶𝑟∗√𝑀𝑟∗𝜌 𝐿−𝜌𝑣𝜌𝑣

∗ 𝐴𝑟

• De la tabla N° 8 se elije la ranura mas eficiente en este caso trapezoidal R=0.5 y Cr=0.141

• Despejamos Ar:

• Sustituyendo valores:

𝐴𝑟=𝑉𝑚𝑎𝑥

𝐶𝑟 ∗√𝑀𝑟 +𝜌 𝐿− 𝜌𝑣

𝜌𝑣

𝐴𝑟=2.5393

𝑚3

𝑠𝑒𝑔

0.141∗√3.175+ 0.68−0.0070.007

=1.031𝑚2

• Selecciona una distancia entre faldas de la cachucha de 2.54 por lo que el espacio es:

• Sustituyendo:

• El espaciado del 25% de diámetro de la cachucha para que el coeficiente de distribución de vapor disminuya para que el gradiente hidráulico sea bajo

*100

*100= 25 %

• Para el calculo del área necesaria para la colocación de la cachucha. Entramos a la tabla N°1 con =25 y con el tamaño de la cachucha que es de 10.16 se lee el factor = 0.36

• Sustituyendo valores se obtiene:

• Suponiendo que el área de colocación delas cachuchas ocupa el 60 % del área de la torre.

𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛=𝐴𝑟𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛=1.031𝑚2

0.36=2.8637𝑚2

𝐴𝑡=𝐴𝑐𝑜𝑙𝑜𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛% 𝑠𝑢𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜

𝐴𝑡=2.86370.60

=4.7728

• Calculamos el diámetro total:

• De acuerdo con la tabla N°5 se observa que la cachucha seleccionada es la adecuada al diámetro dela torre.

𝐷𝑡=√ 𝐴𝑡0.785

𝐷𝑡=√ 4.77280.785=2.4658𝑚