Caída de Presión en Lechos Empacados con Diámetro Interno de Tubo a Diámetro Promedio de Partícula bajo a Temperatura por Encima de la Ambiente.
R. Quintana-Solórzano*, J. Sánchez-Valente, H. Armendáriz-Herrera
Instituto Mexicano del Petróleo, Procesos de Transformación,
Ciudad de México, 07730, MÉXICO Tel. ++(55) 9175 8530,
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Resumen
Se reportan los resultados de ensayos realizados para medir experimentalmente la caída de presión (ΔP) en un tubo empacado con materiales de morfologías, tamaños y densidades variadas, a temperatura por encima de la ambiente, en el régimen de flujo transición/turbulento en Rep y en el régimen de efecto de pared en dt/dp. Para tal fin, se hizo pasar, a través del lecho empacado, aire comprimido a diferentes caudales de alimentación (1,000 - 6,000 slph), ajustando la temperatura entre 25 y 400 °C, y la presión de entrada de 2.5 a 3.0 kg/cm2. Las propiedades de las partículas, i.e., la densidad empacada, la densidad de partícula, el diámetro equivalente de partícula (dp) y la fracción hueca (ε), se determinaron experimentalmente a partir de una muestra representativa de cada material. Se obtuvieron valores de ε entre 0.38 y 0.61, con una relación entre el diámetro interno del tubo y el diámetro promedio de las partículas (dt/dp) pequeña, de 3 a 6.
Los resultados experimentales confirman la dependencia de la caída de presión con el flujo volumétrico alimentado, la presión y la temperatura, así como la partícula, es decir, la morfología, el tamaño y la fracción hueca. En todos los ensayos, la ΔP se incrementa con el flujo de volumétrico de alimentación y la temperatura, y decrece con la presión. La velocidad superficial del fluido aumenta con el flujo volumétrico alimentado y la temperatura lo cual tiene un efecto positivo en la ΔP. A una presión y temperatura definidas, la ΔP se incrementa de manera no lineal con el flujo volumétrico de alimentación, mientras que a una presión y flujos determinados, la ΔP se incrementa de manera casi lineal con la temperatura. La ΔP también se incrementa con el número de Reynolds de partícula (Rep). Entre los materiales investigados, aquéllos con mayor tamaño de partícula (dp), menor relación de diámetro de tubo a diámetro de partícula (dt/dp) y mayor porosidad de lecho asociada, exhiben una menor caída de presión a igualdad de condiciones de flujo volumétrico de alimentación y temperatura. Al contrastar algunos de nuestros resultados experimentales con valores obtenidos a través de correlaciones reportadas en la literatura, se observó que, en general, dichas expresiones no son lo suficientemente precisas para ser aplicadas a partículas con morfologías y tamaños diversos, a las condiciones de Rep y dt/dp de los ensayos considerados en este trabajo. Las predicciones son particularmente imprecisas para los materiales con menor dt/dp, independientemente de las condiciones de temperatura.
Introducción
Los lechos empacados son sistemas compactos de contacto sólido-fluido (líquido y/o gas) que han tenido mucho éxito debido a que son configuraciones relativamente simples, a los cuales se les ha encontrado una gran diversidad de aplicaciones a nivel piloto e industrial. Estos sistemas han sido ampliamente utilizados como reactores de lecho fijo, para llevar a cabo reacciones catalíticas, y para efectuar algunas operaciones unitarias que involucran transferencia de masa y/o energía. Una de las esenciales características que ofrecen los lechos empacados es que exhiben una alta superficie de contacto entre el sólido y el fluido circulante, lo cual promueve de manera adecuada los procesos de transferencia.