Dinámica de platos
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EQUIPO 2INTEGRANTES:
CARRILLO PATIÑO BRENDA GEORGINA CAZARIN ROJAS AMANDA GUADALUPE DE LA CRUZ MORALES JOSÉ COSME DE LA ROSA MANZANO JUAN DANIEL LÓPEZ MUÑOZ ABRAHAM ISRAEL REYES RAMÍREZ ANGELES VARGAS DOMÍNGUEZ ILSE GUADALUPE
PLATOS DE CACHUCHAS DE BURBUJEO
DINÁMICA DE PLATO
DINAMICA DE PLATO La dinámica de plato
consiste en el comportamiento hidráulico del vapor, es decir la selección de un plato que sea el especifico para trabajar
La elección del tipo de plato dependerá del flujo del liquido y el diámetro de la columna
INUNDACION La inundación puede producirse
debido a: El área de la bajante es
insuficiente para el flujo del liquido.
Cuando el arrastre de liquido es demasiado que alcanza a llegar al palto superior, inundándolo
El límite inferior del rango de operación ocurre cuando el derrame de liquido a través de las perforaciones del plato es excesivo, se produce inundación
ARRASTRE Y EFICIENCIA
El arrastre es la cantidad de liquido que sube al plato superior ocasionado por el flujo ascendente del vapor, el cual produce una disminución de eficiencia en el plato.
La eficiencia de un plato es la medida que nos indica el grado en que un plato real se acerca al comportamiento ideal.
ABERTURAS DE LAS RANURAS
Los casquetes de burbujeo tienen diámetros de 100 a 170 mm (4 a 7 pulg.) Un tamaño estándar es de 152 mm (6 pulg.) para el casquete y 100 mm (4 pulg.) para la perforación
Los casquetes están provistos de ranuras a través de los cuales asciende el vapor para ponerse en contacto con el liquido.
Las ranuras pueden trabajar total o parcialmente dependiendo el gasto de vapor
CAIDA DE PRESION POR PLATO
La caída de presión es una consideración de diseño importante. Existen dos causas principales para que ocurra la caída de presión:
1. La presión disminuye debido al flujo de vapor a través del conjunto de contactores
a. Contracción a medida que el gas entra a los casquetes o perforaciones
b. Fricción en las perforaciones y en el espacio anular en una unidad de casquetes
c. Fricción debido al cambio de dirección en los casquetes y en las válvulas
2. Caída de presión debido a la columna de liquido sobre las ranuras, perforaciones o sobre las válvulas
COEFICIENTE DE DISTRIBUCION DE VAPOR
Debido al gradiente hidráulico, una distribución uniforme del flujo de vapor atreves del plato no es posible.
El coeficiente de distribución de vapor indica la distribución de vapor en el plato.
Se sabe que el vapor fluye mas por las cachuchas que se encuentran a la salida del plato que las que están a la entrada
ALTURA DE LIQUIDO EN LA BAJANTE
Caída de presión bajo la mampara
Esta se produce al pasar el liquido de la bajada al plato
La altura del liquido sin espacio en la bajante, esta dado por la suma de las cabezas del liquido
TIEMPO DE RESIDENCIA DEL LIQUIDO EN LA BAJANTE
Se debe dar suficiente tiempo de residencia en el bajante para permitir el desprendimiento del vapor contenido en el liquido, para evitar que caiga por el bajante liquido con espuma.
Se recomienda un tiempo no menor de 3 segundos para sistemas sin espuma y 5 segundos aprox para sistemas con espuma.
CÁLCULO DE LA
DINÁMICA DEL PLATO
Inundación:El parámetro de flujo líquido-vapor esta dado por
ECUACIÓN 9PÁG. 34 Donde:
L’ = Gasto máximo del liquido (kg/h)
V’= Gasto máximo de vapor (kg/h)
ρV = Densidad del vapor (kg/m3)
ρL = Densidad del liquido (kg/m3)
Determinación del factor de capacidad.
Con la distancia entre platos seleccionada y el parámetro de flujo se obtiene :
Seleccionar una distancia entre platos y un diámetro de la torre tentativa, de acuerdo a la siguiente tabla .
DE LA TABLA 2 PAGINA 23
Menores a 0.75 23 ó 30.5 cm 9 ó 12 in
0.75 a 1.50 45.7 cm 18 in
0.75 a 3.00 45.7 ó 61 cm 18 ó 24 in
1.50 a 6.00 61 cm 24 in
6.00 ó mayor 91.4 ó mayor 36 ó mayor
Diámetro de la torre (m) Distancia entre platos
Usando el valor de la distancia entre platos de 61 cm y mediante:
FIGURA 18PÁG. 35
Obtenemos el parámetro de capacidad:
FIGURA 18 PAGINA 35
Corrigiendo Csb gráf. Por el % de área perforada mediante:
TABLA 15PÁG.82
0.10 ó mayor 1.00
0.08 0.9
0.06 0.8
Y por tensión superficial mediante la ECUACIÓN 11
PÁG. 36
Cbs inundación= 0.1012 m
s
De la Tabla 15 con el dato de:
Por lo que:
Se conserva el mismo valor de:
Para el Cálculo de % de inundación dado por la ECUACIÓN 10
PÁG. 35
Donde:ρV = Densidad del vapor (kg/m3)ρL = Densidad del liquido (kg/m3)Un diseño = velocidad lineal de inundación m/sCsb inund. = m/s
Calculo de la Un de operación
Un operación= 0.7039 m
s
Gasto máximo de vapor
% de inundaciónEcuación 12 Pág. 36
MAXIMO DEL % DE INUNDACION=85%
Cálculo de la Eficiencia y Arrastre
De la ecuación 13 página 36 tenemos la eficiencia global de una columna:
Considerando el arrastre fraccional y las modificaciones realizadas, tenemos la ecuación 17 página 37, tenemos la llamada eficiencia húmeda de la columna:
DondeѰ: Relación de Arrastre Em: Eficiencia seca de Murphy
EH: Eficiencia húmeda
Nota: Consideramos que la Em es aprox. de 0.7
El arrastre fraccional máximo económicamente permitido es de 0.15
Para la relación de arrastre (Ѱ), vamos a la gráfica 19 página 38.
Gráfica 19. Arrastrepara platos de cachuchas
Estando en función de:
Sustituyendo valores para obtener el valor de la eficiencia húmeda de la columna:
ABERTURA DE LAS RANURASCapacidad máxima para el manejo del vapor:
Ecuación 18, página 38
Donde :
Ar= Área de las ranuras / platoCr = Área que depende de la forma de la ranura
Basándonos en la tabla 8, página 39:
R= 0.5Cr= 0.141
El vapor, para poder pasar a través de las ranuras, empuja hacia abajo el líquido que se encuentra en el espacio anular de la cachucha y sale por ellas. Este empuje puede ocasionar que las ranuras trabajen total o parcialmente abiertas, dependiendo del gato del vapor.
ABERTURA DE LAS RANURAS
% del flujo máximo de vapor:
Ecuación 19, página 39
Usando la figura 20, página 40
La abertura de las ranuras será el % que se obtiene
Abertura de las ranuras= (0.7957)(Hr)= (0.7957)(3.175)
Abertura de las ranuras= 2.52 cm
Es la suma de las cabezas de líquido en el plato, más la caída de presión, más la caída de presión del vapor al fluir por las cachuchas. La caída de presión permisible está dada por el proceso.
Factores que originan la caída de presión
Sello estático de las ranurasAltura del líquido sobre el vertederoGradiente hidráulicoCaída de presión del vapor al pasar a través de la cachucha
CAIDA DE PRESION POR PLATO
a) Sello estático
Valores recomendables de sello estático varían de 1.27 a 3.5 cm Con marcada preferencia de 2.54 cm
hse= 2.54 cmb) Altura del líquido sobre el vertedero
Mediante la fórmula de Francis, para vertederos rectos. Ecuación 20 página 41
Los valores de la altura del líquido sobre el vertedero recomendamos son mínimo 1.27cm, máximo 3.8cm.
lv= longitud del vertedero
L”= Gasto mínimo del líquido
lv= 1.5128 m
L”= 0.55L´
L”= 0.55(1680 L/min)= 924 L/min
Ecuación 22 Página 42
Ecuación 23, Página 42
1) Gasto liquido por metro de ancho promedio de flujo (L”/Lp).
c) Gradiente hidráulico
2) Suponer un valor de gradiente (Δsup ) tentativo comprendido entre 2.54 a 5 cm
Es la diferencia de alturas del líquido a la entrada del plato y a la salida del mismo, producida por la caída de presión que experimenta el líquido al cruzar por la zona de burbujeo.
Lp= Ancho promedio de flujo
3) Cálculo de la altura del líquido en el plato (hl).
Ecuación 24, página 47
4) Cálculo del gradiente hidráulico no corregido por el flujo de vapor
Conociendo el espaciado de cachucha, mediante la figura 22-25, obtener el gradiente “no corregido por flujo de vapor” por hilera de cachucha (Δ’i)
Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera, y un espaciado de cachucha del 25%; γ=0.25A una hl=12.08cm Con grafica 1 de la página 43
5) Gradiente hidráulico no corregido a través de todo el plato.
6) Gradiente hidráulico corregido por flujo de vapor. Ecuación 26, página 47
Ecuación 25, página 47
Cv=0.98
De la figura 26 pagina 40 obtenemos Cv.
7) Si la repetir el procedimiento de cálculo desde el segundo paso igualando
SEGUNDA ITERACIÓN
2) Suponer el valor.
3)Altura media del líquido en el plato.
4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=14.116 cm Con grafica 1 de la página 43
5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.
6) Gradiente corregido.
TERCERA ITERACIÓN
2) Suponer el valor.
3)Altura media del líquido en el plato.
7) Si la
5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.
6) Gradiente corregido.
7) Si la
4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=12.940 cm Con grafica 1 de la página 43
CUARTA ITERACIÓN
2) Suponer el valor.
3)Altura media del líquido en el plato.
4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=13.381cm Con grafica 1 de la página 43
5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.
6) Gradiente corregido.
7) Si la
QUINTA ITERACIÓN
2) Suponer el valor.
3)Altura media del líquido en el plato.
4)Tomar altura del anillo de 1.27 para entrar a graficas de gradiente hidráulico no corregido de cachuchas por hilera.A una hl=13.161cm Con grafica 1 de la página 43
5)Gradiente no corregido a través de todo el plato.
6) Gradiente corregido.
7) Si la
Tabla de iteracionesΔsup (cm) hl (cm) Δ’i (mm) Δ’ (cm) Δc (cm)
2.54 12.08 4.5 6.75 6.615
6.615 14.116 2.9 4.35 4.263
4.263 12.940 3.5 5.25 5.145
5.145 13.381 3.2 4.8 4.704
4.704 13.161 3.3 4.95 4.85
Caída de presión de vapor al pasar a través de la cachucha
I) Caída de presión a través del elevador área de retorno y área anular.
Obtener Área anular y área del elevador de la Tabla 6 pagina 30.
Ecuación 27, pag.48
MATERIAL Acero al carbónTamaño nominal, cm 7.62 10.16 15.24
Áreas de cachucha en, cm2
Elevador 17.09 30.97 75.35De retorno 25.74 41.10 122.6
Anular 19.67 38.64 89.99De las ranuras 32.25 52.39 94.45De la cachucha 48.39 84.84 187.1
Relación de áreas.De retorno/Elevador 1.5 1.52 1.49
Anular/Elevador 1.15 1.25 1.20De las ranuras/Elevador 1.89 1.69 1.25
De las ranuras/De las cachuchas
0.67 0.62 0.50
Con la relación área anular entre área del elevador leer Kc de la figura 27 de la pagina 48.Kc=14.4
Ecuación 28, página 49
Caída de presión total a través del plato.
II) Caída de presión a través de las ranuras.
Es apróximadamente igual a la abertura de las ranurashr=2.52cm
Ecuación 29, página 49
COEFICIENTE DE DISTRIBUCION DE VAPOR
NOTA: Para que haya una buena distribución del vapor el valor de Rdv máximo permisible es de 0.5
Ecuación 30 página 49
El área de la bajante central se disminuye para mejorar el coeficiente de distribución del vapor, pero el número de cachuchas se ve afectado
La capacidad máxima de manejo de vapor de las ranuras está dada por:
Donde :Ar= Área de las ranuras / platoCr = Área que depende de la forma de la ranura en base a la siguiente tabla
Forma de la ranura
R Cr
Triangular 0 0.120
Trapezoidal 0.5 0.141
Rectangular 1.0 0.151
La siguiente relación define el porcentaje de carga a la que trabajan las ranuras expresado como una fracción del flujo máximo de vapor para las cachuchas
Se recomienda que el porcentaje se acerque al 100% para que el diámetro de la columna sea el menor posible.
Con el % de flujo máx se obtiene la abertura de las ranuras con ayuda de la figura 20 desarrollada por Bolles a partir de los trabajos de Roger y Thiele y de Winn.
a) Sello estático de las
ranuras
Es la diferencia de niveles entre la parte superior de las ranuras y la altura delVertedero de salida.
Valores recomendables de sello estático varían de = 1.27 a 3.5 cm
Se elige un sello estático de 3.54 cm
CAIDA DE PRESION POR PLATO
b) Altura del líquido sobre el vertedero
Se calcula mediante la fórmula de Francis para vertederos rectos
Bolles introdujo un factor de corrección para tomar en cuenta el efecto restrictivo de la coraza. Sin embargo, dicho valor es muy cercano a la unidad y por practicidad no se considera.
Ec.22-pag.42
Ec.23-pag.42
1) Calcular el gasto liquido por metro de ancho promedio de flujo (L”/Lp).
c) Gradiente hidráulico.
2) Suponer un valor de gradiente (Δsup ) tentativo comprendido entre 2.5 a 5 cm
L" = (67500*0.55)= 37125 Kg/h = 924 lt/min
Se elige un valor de 2.54cm
3) Calcular la altura media del líquido (hl).
Ec.24-pag.47
Gradiente hidráulico
NOTA: DEBIDO A QUE SE HAN AGOTADO LAS POSIBILIDADES PARA CAMBIAR PARÁMETROS, SE PROPONEUTILIZAR EL ÁREA DE LA RANURAMÍNIMA: Ar=0.9289m^2
POR LO QUE SE MODIFICAN LOS SIGUIENTES CÁLCULOS:
•Abertura de las ranuras
En los cálculos de caída de presión por plato, el cálculo del gradiente hidráulico no se ve afectado, por lo que Δ=2.54cm
• Caída de presión por las ranuras
• Coeficiente de distribución del vapor
Nota: A pesar de que el coeficiente de Distribución del vapor es mayor a 0.6 que Es el valor máximo permitido, se considera
Como aceptable, ya que el valor obtenido esMuy cercano al requerido.
SELLO DINÁMICO DE LAS RANURAS
Presión de Operación hsd en cm
Vacio 1.27-3.8
Atmosférica 2.54-6.35
3.5-7 Kg/cm^2 3.8-7.6
14-35 Kg/cm^2 5-10
Valores recomendados (TABLA 9 pag.50)
CALCULO DE ALTURA DEL LIQUIDO EN LA BAJANTE
•Área bajo la mampara
LA ALTURA DE LA MAMPARA SOBRE EL PISO DEL PLATO PUEDE VARIAS DE 3.8 A 10 cm
Distancia entre la mampara y piso= 10.16– 1.2=8.96 cm
•Caída de presión bajo la mampara
Altura del líquido en la bajanteEc. 33 pág. 51
Hb = hv + hsv + Δ + hbm + ht
Tiempo de residencia del líquido en la bajante
Ec. 34, 35 pág. 51
El tiempo mínimo que debe permanecer es de 3 segundos para sistemas que forman poca espuma y de 5 para sistemas espumosos.