EMOTIONAL ROLLER-COASTER.

El cálculo de la altura de relleno supondrá un análisis un poco más complejo que el calculo del diámetro, ya que se deben considerar en este caso las leyes que rigen la transferencia de materia de una fase a otra para el caso en estudio, buscando siempre la máxima precisión posible en los cálculos. Se hace uso del Método de Chilton y Colburn, concretamente de la simplificación de este para absorción con reacción química, tal y como se detalla en el Anexo II.

Para el cálculo de la altura del relleno, se procederá de la siguiente manera:

- Calcular el coeficiente de fricción a partir de la ecuación general dada para la

transferencia de materia en una columna de pared mojada. (Manual del Ingeniero Químico, Perry). En base a esto, se podrá calcular el coeficiente de transferencia de materia para la fase gas del sistema.

- Determinar las unidades globales de transferencia de gas y la altura de la unidad global de transferencia para el gas para una absorción química,

- Finalmente, con estas dos variables se obtiene de forma directa el valor de la

altura de relleno.

6.1.5.2.1. Coeficiente de transferencia de materia kG

En primer lugar, se deberá calcular el coeficiente de transferencia, que determinará la cantidad de soluto por unidad de tiempo y superficie que se transfiere de una fase a la otra.

El cálculo del coeficiente puede llevarse a cabo de variadas formas, pero en este caso, se ha recurrido a la bibliografía para encontrar un método que nos permitiera calcularlo de una forma relativamente sencilla.

El cálculo se hará recurriendo a una expresión que puede derivarse de una columna de pared mojada, teniendo en cuenta variables como el número adimensional de Reynolds, el diámetro de la columna y el coeficiente de difusividad del soluto.

De esa manera, con los datos de los que se dispone en la operación llevada a cabo, se obtiene el siguiente valor para el coeficiente individual de transferencia de materia en la fase gas:

kG=1,151⋅10-4 kmol H2S/m2⋅s

En el Anexo II se detalla el proceso de cálculo del coeficiente.

6.1.5.2.2. NUT y HTU. Altura de relleno.

El método de Chilton y Colburn puede simplificarse a la obtención de la altura de relleno mediante la obtención del NUT y HTU, ambos valores multiplicados dan como resultado la altura de relleno necesaria para una operación de absorción en concreto.

El NUT (número de unidades de transferencia) es un valor adimensional que representa la dificultad en si para alcanzar la absorción deseada, es decir, el número de “unidades” ficticias que harían falta para lograr la separación deseada.

El HTU (altura de la unidad de transferencia) en cambio tiene unidades de longitud (m), y representa la altura necesaria que deberá tener cada una de esas unidades del NUT para lograr el proceso de absorción.

El proceso de obtención de la altura de relleno se desarrolla en el Anexo II de este proyecto, obteniendo un valor de NUT, HTU y altura de relleno para el proceso de absorción estudiado de:

𝑁_"# = 2,99 𝑁𝑈𝑇

𝐻_"# = 2,5666 𝑚

h=7,6741 m=7674,1mm

Como heurísticamente no se recomienda una altura mayor de 6,1 m de relleno dado que a partir de esas longitudes el liquido empieza a crear caminos preferenciales muy acusables, se deberá repartir la altura de relleno necesaria en dos lechos de 3,837 m cada uno, separados 15 cm entre si.

Es importante remarcar que la altura de relleno no supone la altura total de la torre, ya que se debe calcular la geometría de elementos como cubiertas, fondos y cabezas de columna, distribuidores de liquido y gas, rejas de sujeción y otros elementos.

Además, se decide hacer una comprobación de que el relleno elegido es el adecuado para este proceso, teniendo en cuenta los factores entre los que habrá que buscar un óptimo para dar como válido el anillo Pall de polipropileno de 15,9 mm. Estos factores serán:

- Altura de relleno necesaria con cada relleno. Importante dado que una altura

muestra las alturas de relleno necesarias para cada relleno de los valorados en la selección principal:

Gráfica M6.1. Alturas de relleno necesarias con cada tipo de relleno.

Como se puede observar, en esta primera comparación ya se podrían descartar el Intalox de cerámica y el Raschig metálico, dado que las alturas de relleno necesarias serían tan excesivas que el proceso sería inviable técnica y económicamente.

- En segundo lugar se comparará el precio medio de los rellenos con su

densidad. En esta comparación se debe analizar que relleno ofrecerá una mejor condición económica de puesta en marcha junto con el peso total que aportará a la columna (el peso que aporte también influiría en un incremento del coste final). En la gráfica M6.2 se muestra esta comparación:

Gráfica M6.2. Comparación bilateral de precio y densidad.

0 5 10 15 20 25 30 35 Raschig ceramico 6,35 mm Raschig metálico 6,35 mm Pall metálico 15,9 mm Pall PP 15,9 mm Intalox cerámica 12,7 mm Altura de relleno (m) 0 2 4 6 8 10 12 0 200 400 600 800 1000 1200

Raschig ceramico 6,35 mm Pall metálico 15,9 mm Pall PP 15,9 mm

Pr ec io m ed io (€ /k g) De ns id ad (k g/ m 3)

En esta ultima comparación, se observa que el relleno que ofrece un mejor equilibrio entre las tres variables analizadas es el anillo Pall de polipropileno de 15,9mm, por lo que se concluye que la elección realizada anteriormente es valida para el proceso estudiado.