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UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE TORRES DE NEUTRALIZACIÓN PARA INSTALACIONES
DE CLORACIÓN
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERÍA CIVIL
MARÍA JOSÉ MOYANO PÉREZ
PROFESOR GUÍA: GERARDO AHUMADA THEODOLUZ
MIEMBROS DE LA COMISIÓN: FERNANDO HIDALGO TAPIA
ALEJANDRO ROMERO ARRIAZA
SANTIAGO CHILE ENERO 2008
2
AGRADECIMIENTOS Mis agradecimientos están dirigidos a todos aquellos que estuvieron conmigo durante
los años de carrera y que gracias a su constante apoyo hicieron posible que lograra
culminar esta importante etapa en mi vida.
El principal agradecimiento es a mis padres y a toda mi familia que me acompaño en
todos estos años.
A mis amigos, a todos aquellos que conocí durante todos estos años, con los que
logramos compartir experiencias inolvidables tanto en el ámbito académico como
personal.
A los profesores, que sirven de constante apoyo durante todos los años de carrera y
que gracias a ellos pude adquirir todos los conocimientos entregados.
Un especial agradecimiento a los profesores de mi comisión por tener una gran
disponibilidad para sacar adelante mi trabajo de título.
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RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERÍA CIVIL POR: MARÍA JOSÉ MOYANO P. FECHA: 09/01/2008 PROF. GUÍA: GERARDO AHUMADA T.
“DISEÑO DE TORRES DE NEUTRALIZACIÓN PARA INSTALACIONES DE
CLORACIÓN” El objetivo del presente trabajo de título, es proponer un diseño de Torres de Neutralización con
el objeto de controlar fugas que pudiesen originarse en las instalaciones de desinfección,
evitando desastres químicos en torno al punto de fuga. Junto con el diseño de la torre, se
caracterizó la unidad de neutralización en general.
El sistema propuesto, está destinado a tratar el gas, de manera de poder liberarlo inocuo a la
atmósfera, evitando que la fuga cause daño a las personas, a los equipos, al medio ambiente
tanto dentro de la planta de como al entorno de ésta.
La metodología utilizada, consideró la recopilación de información acerca de los efectos nocivos
producidos por el Cl2 sobre las personas y el ambiente en general. Del estudio de la normativa
nacional y extranjera, se obtuvo las características generales de una instalación de cloración, y
se establecieron los límites permisibles de emisión de Cl2 al ambiente.
Se estudió, además, el proceso de neutralización, describiendo su desarrollo y determinando el
tipo de instalación utilizado en el proceso. Se fijaron los parámetros de diseño de las Torres de
Absorción y se caracterizó una unidad de neutralización.
En base a lo anterior se analizó la eficiencia del sistema para tres escenarios característicos,
mediante la aplicación de un proceso del fenómeno, se determinó finalmente, el escenario que
presentaba mejores resultados.
Finalmente, del estudio se obtuvo el diseño definitivo de una unidad de neutralización de cloro
utilizando torres de absorción a contracorriente, con recirculación, en una instalación de
desinfección que almacena cloro líquido en estanques de 1 tonelada.
4
INDICE 1 INTRODUCCIÓN GENERAL ................................................................................................................9
1.1 INTRODUCCIÓN................................................................................................................................9 1.2 OBJETIVOS .................................................................................................................................. 11
1.2.1 Objetivos Generales .............................................................................................................. 11 1.2.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................ 11
1.3 METODOLOGÍA ............................................................................................................................. 11 2 RIESGOS Y MEDIDAS DE PREVENCIÓN ANTE FUGAS DE CL2.................................................. 13
2.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL CL2........................................................................................ 13 2.2 EFECTO DEL CL2 SOBRE LAS PERSONAS........................................................................................ 14 2.3 EFECTOS DEL CL2 SOBRE EL MEDIO AMBIENTE .............................................................................. 16 2.4 INSTALACIÓN DE CLORACIÓN ........................................................................................................ 17 2.5 ALMACENAMIENTO DEL CL2........................................................................................................... 19 2.6 CAUSAS DE PÉRDIDAS DE CL2 EN INSTALACIONES DE CLORACIÓN................................................... 20 2.7 MEDIDAS DE PREVENCIÓN Y SEGURIDAD ANTE FUGAS DE CL2........................................................ 20 2.8 SOLUCIÓN EFICIENTE PARA EMISIONES ACCIDENTALES DE CL2...................................................... 23
3 CARACTERIZACIÓN DEL PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN ..................................................... 26 3.1 ANÁLISIS DEL DERRAME DE GASES LICUADOS A PRESIÓN............................................................... 26 3.2 MECANISMO DE TRABAJO DEL SISTEMA.......................................................................................... 30 3.3 SISTEMA DE NEUTRALIZACIÓN UTILIZANDO TORRES DE ABSORCIÓN ............................................... 33 3.4 FLUJO A CONTRACORRIENTE......................................................................................................... 35
4 DISEÑO DE TORRES DE NEUTRALIZACIÓN................................................................................. 39 4.1 ASPECTOS GENERALES DE DISEÑO............................................................................................... 39 4.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA EFICIENCIA DEL PROCESO DE NEUTRALIZACIÓN ............................ 40
4.2.1 Área de irrigación................................................................................................................... 41 4.2.2 Solución de Neutralización .................................................................................................... 42 4.2.3 Profundidad capa de relleno.................................................................................................. 44 4.2.4 Caudal del líquido de lavado ................................................................................................. 45 4.2.5 Temperatura .......................................................................................................................... 46 4.2.6 Material de Construcción....................................................................................................... 47 4.2.7 Tipo de Relleno...................................................................................................................... 48 4.2.8 Mantenimiento ....................................................................................................................... 50 4.2.9 Razón Líquido-Gas................................................................................................................ 51 4.2.10 Efectos del calor................................................................................................................ 51
4.3 EXPRESIONES PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA EN LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES.................. 52 4.4 DIMENSIONAMIENTO DE UNA TORRE DE ABSORCIÓN...................................................................... 54 4.5 UNIDADES QUE COMPONEN UNA TORRE DE NEUTRALIZACIÓN ......................................................... 70
4.5.1 Distribuidor de Líquido........................................................................................................... 70 4.5.2 Eliminador de Gotas .............................................................................................................. 72 4.5.3 Bandeja Soportante de Relleno............................................................................................. 77
4.6 DISEÑO DE UNIDADES QUE COMPONEN EL SISTEMA DE NEUTRALIZACIÓN........................................ 78 4.6.1 Estanque de Soda Cáustica .................................................................................................. 78 4.6.2 Bombas de Elevación de Soda Cáustica .............................................................................. 80 4.6.3 Extractores de Aire y Bocas de Succión ............................................................................... 81 4.6.4 Sensores de Cloro ................................................................................................................. 83
5 ANÁLISIS DE EFICIENCIA DE SISTEMAS NEUTRALIZACIÓN..................................................... 85 5.1 EFICIENCIA CON TORRES SIN RECIRCULACIÓN............................................................................... 85 5.2 EFICIENCIA CON TORRES CON RECIRCULACIÓN............................................................................. 87 5.3 EFICIENCIA CON TORRES EN SERIE ............................................................................................... 90 5.4 ANÁLISIS COMPARATIVO DE SISTEMAS DE NEUTRALIZACIÓN........................................................... 92
6 CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIONES.......................................................................................... 95
5
7 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................ 103
ANEXO A: CONSTANTE DE HENRY...................................................................................................... 105
ANEXO B: PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA EN ESTADO LÍQUIDO Y GASEOSO....................................................................................................... 107
ANEXO C: DIAGRAMAS DE BLOQUES................................................................................................. 109
ANEXO D: TABLAS DE RESULTADOS ................................................................................................. 112
ANEXO E: P & ID (PROCESS & INSTRUMENTATION DIAGRAM) ...................................................... 124
ANEXO DIGITAL: DISEÑO DE TORRES DE NEUTRALIZACIÓN......................................................... 125
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INDICE DE TABLAS
TABLA 2.1: CARACTERÍSTICAS FÍSICO- QUIMICAS DEL CLORO .................................................................................14 TABLA 2.2: PROPIEDADES TOXICOLÓGICAS................................................................................................................15 TABLA 2.3: REACCIONES FISIOLÓGICAS SEGÚN CONCENTRACIÓN DE CLORO ..........................................................15 TABLA 2.4: LÍMITES DE GAS CLORO............................................................................................................................16 TABLA 3.1: ÁREA DE LA CUBETA .................................................................................................................................29 TABLA 4.1: MATERIAL Y SOLUCIÓN NEUTRALIZADORA PARA DETERMINADOS GASES ..............................................43 TABLA 4.2: CARACTERÍSTICAS SOLUCIÓN NEUTRALIZANTE .......................................................................................43 TABLA 4.3: DATOS SEGÚN EL TIPO DE RELLENO ........................................................................................................49 TABLA 4.4: VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE DISTRIBUIDORES DE LÍQUIDO .................................................................72 TABLA 5.1: COMPARACIÓN GENERAL ESCENARIOS ...................................................................................................94
7
INDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 3.1: EVAPORACIÓN EN EL TIEMPO ...............................................................................................................30 GRÁFICO 4.1: REQUERIMIENTOS DE NAOH AL 20%. .................................................................................................79 GRÁFICO 5.1: C (T) V/S TIEMPO EN TORRE SIN RECIRCULACIÓN...............................................................................87 GRÁFICO 5.2: C (T) V/S TIEMPO USANDO TORRE CON RECIRCULACIÓN ...................................................................89 GRÁFICO 5.3: C (T) V/S TIEMPO CON TORRES EN SERIE ...........................................................................................91 GRÁFICO 5.4: CONCENTRACIÓN V/S TIEMPO COMPARATIVOS ...................................................................................93
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INDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1: TORRE DE NEUTRALIZACIÓN SIN RECIRCULACIÓN ................................................................................24 FIGURA 2.2: TORRE DE NEUTRALIZACIÓN CON RECIRCULACIÓN..............................................................................25 FIGURA 2.3: TORRES DE NEUTRALIZACIÓN EN SERIE ................................................................................................25 FIGURA 3.1: CONSTANTES DE HENRY SO2.................................................................................................................33 FIGURA 3.2: FLUJO A CONTRACORRIENTE ..................................................................................................................36 FIGURA 3.3: BALANCE DE MASAS DEL SISTEMA .........................................................................................................37 FIGURA 3.4: DIAGRAMA DE EQUILIBRIO Y CURVA DE OPERACIÓN .............................................................................38 FIGURA 4.1: TIPOS DE RELLENOS ...............................................................................................................................49 FIGURA 4.2: ANILLO PALL ............................................................................................................................................55 FIGURA 4.3: CORRELACIÓN SHERWOOD HOLLAWAY .................................................................................................59 FIGURA 4.4: DIAGRAMA DE COLBURN .........................................................................................................................67 FIGURA 4.5: DISTRIBUIDORES DE LÍQUIDO ..................................................................................................................71 FIGURA 4.6: ELIMINADOR DE GOTAS DE ASPAS RADIALES ........................................................................................74 FIGURA 4.7: ELIMINADOR DE GOTAS DE MALLA .........................................................................................................75 FIGURA 4.8: ELIMINADOR DE GOTAS TIPO CHEVRON .................................................................................................76 FIGURA 4.9: BANDEJA SOPORTANTE DE RELLENO .....................................................................................................77 FIGURA 4.10: ESTANQUE DE NAOH SEPARADO DE LA TORRE...................................................................................80 FIGURA 4.11: ESTANQUE NAOH BAJO LA TORRE ......................................................................................................80 FIGURA 4.12: BOMBA ELEVADORA NAOH ..................................................................................................................81 FIGURA 4.13: EXTRACTOR DE AIRE ............................................................................................................................82 FIGURA 4.14: BOCAS DE SUCCIÓN..............................................................................................................................83 FIGURA 4.15: SENSOR DE CLORO...............................................................................................................................84 FIGURA 5.1: SISTEMA SIN RECIRCULACIÓN ................................................................................................................86 FIGURA 5.2: SISTEMA CON TORRES CON RECIRCULACIÓN........................................................................................88 FIGURA 5.3: SISTEMA CON TORRES EN SERIE............................................................................................................90
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1 Introducción General 1.1 Introducción
La planificación de una instalación de cloración en una planta de producción de Agua
Potable debe estar orientada tanto a proveer agua libre de contaminación a los usuarios
como a evitar que ocurran accidentes debido a fugas de cloro gas.
Debido a la propia naturaleza del producto que se manipula, el cloro, las instalaciones
pueden estar sujetas a una serie de peligros, pudiendo generar daños a los
trabajadores, al público en general y al medio ambiente.
Un escape de gas cloro puede producir muchos daños, tanto a las personas como a
algunos equipos que se encuentren dentro y fuera de la planta de producción de Agua
Potable.
El gas cloro es un gas amarillo-verdoso, con un olor picante. Es más pesado que el
aire, de modo que las nubes formadas tienden a dispersarse a ras del terreno.
Desde el punto de vista químico, el cloro es muy activo. En estado seco y a temperatura
ambiente reacciona directamente con muchos materiales. La presencia de humedad en
el cloro, aun en cantidades mínimas, provoca la rápida corrosión en algunos metales.
Además reacciona con varios compuestos orgánicos, como las grasas y los aceites
minerales, formando ácidos. La mezcla con el hidrógeno resulta explosiva. Esta
reactividad del cloro limita en gran medida la elección de los materiales con los que se
construye una instalación de cloración.
Para las personas, el cloro es un irritante de las vías respiratorias. En estado líquido
provoca quemaduras frías y es corrosivo para los tejidos humanos. En estado gaseoso
resulta mortal en concentraciones de 100-150 ppm cuando la exposición al mismo se
prolonga de 5 a 10 minutos.
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Una liberación instantánea de Cloro puede ocasionar altas concentraciones del mismo,
perjudiciales para los seres humanos, abarcando radios de influencia bastante
considerables. Una vez que el gas cloro ha escapado hacia el ambiente, poco se puede
hacer, excepto el tratar de prevenir su disipación hacia áreas donde se puedan producir
daños. Por lo tanto, en toda instalación de cloración es necesario contar con sistemas
destinados al control de fugas de gas cloro que puedan originarse, junto con
implementar una serie de medidas de seguridad en cada instalación que permitan
manipular y evacuar a las personas del lugar sin sufrir algún riesgo mayor.
El control de las fugas de gas cloro está basado en reducir la concentración de Cl2 de la
masa de aire contaminada, para poder liberarla al ambiente de manera limpia y segura,
cumpliendo con las respectivas normativas de emisión.
Una solución al problema de fugas de gas cloro, que puedan originarse en las
instalaciones de cloración, es la implementación de Torres de Neutralización.
Existen varias formas de tratar el flujo de este gas contaminado utilizando Torres de
Neutralización, las cuales se orientan a realizar un lavado del gas para luego liberarlo
inocuo a la atmósfera. La utilización de una forma u otra, dependerá de la eficiencia del
proceso obtenida en cada situación y en los recursos disponibles para implementar el
sistema.
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1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivos Generales
El objetivo general de este estudio es disponer de un diseño de torres de neutralización
para controlar eventuales fugas de gas cloro que pudiesen originarse en las
instalaciones de cloración.
1.2.2 Objetivos Específicos
Dentro de los objetivos específicos se en encuentran: • Revisión de efectos nocivos provocados por fugas de gas cloro.
• Determinación de parámetros de diseño de Sistemas de Neutralización.
• Análisis de eficiencia del proceso de neutralización, utilizando torres a
contracorriente, en tres escenarios característicos:
Proceso Convencional (sin recirculación)
Proceso con recirculación
Proceso con la utilización de torres en serie
• Proponer un sistema de neutralización para una instalación de cloración ficticia, que
almacena cloro en contenedores de 1 Ton.
1.3 Metodología
La metodología implementada para el diseño de torres de neutralización en
instalaciones de cloración fue la siguiente:
• Se recopiló información sobre riesgos de fugas de gas cloro en personas, equipos y
medio ambiente en general.
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• Se recopiló y analizó la información obtenida sobre instalaciones de cloración, torres
de neutralización y normativa nacional e internacional, con lo que se determinó los
parámetros de diseño de una torre de absorción.
• Implementando un modelo de simulación se determinó la eficiencia del proceso de
neutralización en tres escenarios característicos.
• Se diseñó una torre de neutralización para una instalación de cloración ficticia que
almacena cloro en contenedores de una tonelada, especificando dimensionamiento,
material de construcción, material de relleno y características del funcionamiento.
• Se realizó el cálculo y el dimensionamiento de todas las unidades adicionales del
Sistema de Neutralización: Estanque de almacenamiento de NaOH, bombas de
succión, extractores, sensores de cloro, etc.
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2 Riesgos y Medidas de Prevención ante fugas de Cl2
2.1 Características Generales del Cl2
En el proceso de desinfección en la producción de agua potable, la cloración es el
proceso que hasta el presente reúne las mayores ventajas: es eficaz, fácil de aplicar,
relativamente económico y deja un residuo que se puede medir mediante sistemas muy
simples y de fácil obtención.
El cloro es un elemento químico que forma parte del grupo de los halógenos
generadores de sal. En ninguno de sus estado (líquida o gaseosa) es inflamable, pero
reacciona con una gran cantidad de sustancias. Es muy poco soluble en agua, al entrar
en contacto con el agua se transforma en ácido hipocloroso (HClO).
En forma de gas el cloro, a presión y a temperatura ambiente, es de color amarillo
verdoso, altamente tóxico, y tiene un olor picante característico. Es aproximadamente
dos veces y media más denso que el aire, por lo tanto cualquier escape de cloro, desde
algún sistema o contenedor, tenderá a acumularse en las zonas más bajas próximas al
suelo. Es envasado mediante compresión y enfriamiento, siendo en general proveído a
los consumidores en forma de cloro líquido.
La Norma Chile NCH2120/2: Sustancia peligrosas, clasifica al cloro como una sustancia
peligrosa de Clase 2 (Gases), dentro de la división 2.3 correspondiente a los gases
tóxicos. Clasificando sus riesgos secundarios como 6.1, correspondiente a una
sustancia venenosa (tóxica).
En la tabla 2.1 se muestra las características físico-químicas de Cloro:
14
Tabla 2.1: Características Físico- Quimicas del Cloro Peso Atómico 35.75
Peso Molecular 70.91
Punto de Ebullición [°C] -34.71
Punto de Fusión [°C] -100.7
Temperatura Crítica [°C] 144
Presión Crítica [atm] 76.05
Densidad relativa (cloro líquido) [Kg/m3] 1.56
Densidad relativa de vapor (cloro gas a 20°C) [Kg/m3] 2.49
Presión de Vapor ( a -33.8°C) [mmHG] 760
Calor Latente de Vaporización [cal/g] 68.7
Solubilidad en el agua ( a 25°C) [g/100ml] 0.65
Viscosidad (cloro gas) [cP] 0.022
Fuente: Control de las emisiones accidentales de Cl2; Boletín técnico Eco Tech System; 4ª Edición; año 2005.
2.2 Efecto del Cl2 sobre las Personas
El cloro fisiológicamente es un irritante muy fuerte. En concentraciones de
aproximadamente 5ppm, el gas cloro es muy irritante y una persona no puede
permanecer en esa atmósfera. En concentraciones cerca del umbral del olfato, luego de
varias horas de exposición, causa una leve irritación en los ojos y en las membranas
mucosas del tracto respiratorio. A medida que aumenta la concentración y el tiempo de
exposición, provoca irritación de garganta, tos, estornudos, exceso de salivación y
dificultad en la respiración. A mayores niveles actúa sobre bronquios y pulmones,
provocando vómitos y se puede alcanzar la muerte por sofocación.
El cloro en general no tiene efectos acumulativos debido a exposiciones aisladas o
reiteradas.
En la tabla 2.2 se indican las propiedades toxicológicas del cloro:
15
Tabla 2.2: Propiedades Toxicológicas
TLV [ppm] 0.8
IDHL [ppm] 25
TWA [ppm] (mg/m3) 1.0 (3) Fuente: Control de las emisiones accidentales de Cl2; Boletín técnico Eco Tech System; 4ª Edición; año 2005
Terminología:
TLV: Valor límite umbral, representa la concentración de una sustancia en suspensión
en el aire debajo de la cual se cree que casi todos los trabajadores pueden exponerse
repetidamente día tras día sin sufrir efectos adversos para la salud.
IDHL: Nivel de concentración que es inmediatamente peligroso para la salud o la vida.
TWA: Concentración promedio del aire.
En la tabla 2.2 se indican las reacciones fisiológicas sobre las personas para diferentes
concentraciones de cloro gaseoso:
Tabla 2.3: Reacciones Fisiológicas según Concentración de Cloro
Reacción Fisiológica Concentración [ppm]
Leve irritación después de algunas horas de exposición 1.0 Olor perceptible 3.5 Cantidad máxima que puede ser respirada sin efectos serios 4.0 Irritación de garganta después de una corta exposición 15.0 Tos 30.2 Cantidad peligrosa en el intervalo de media a una hora 40 - 60 Cantidad fatal después de algunas respiraciones profundas 1000
Fuente: Control de las emisiones accidentales de Cl2; Boletín técnico Eco Tech System; 4ª Edición; año 2005
Las concentraciones ambientales máximas permitidas para el cloro en fase gaseosa, se
han fijado por el Ministerio de Salud Pública de Chile, según el Decreto N°745:
Reglamento sobre las condiciones Sanitarias y Ambientales básicas en los lugares de
trabajo, con fecha 23 de julio de 1992. Las concentraciones se indican en la tabla 2.4:
16
Tabla 2.4: Límites de Gas Cloro
Elemento Límite permisible Ponderado [ppm]
Límite permisible Ponderado [mg/m3]
Límite permisible Absoluto [ppm]
Límite permisible Absoluto [mg/m3]
Cloro 0.4 1,2 1 3
Fuente: Ministerio de Salud Pública de Chile, Decreto Supremo N°745
Se entiende por límite permisible ponderado al valor máximo permitido para el promedio
de las concentraciones ambientales de contaminantes químicos existentes en los
lugares de trabajo durante la jornada normal de 8 horas diarias, con un total de 48
horas semanales y por límite permisible absoluto al valor máximo permitido para las
concentraciones ambientales de contaminantes químicos evaluadas en cualquier
instante de la jornada de trabajo.
2.3 Efectos del Cl2 sobre el Medio Ambiente
Un escape de gas cloro, junto con afectar a la población de las cercanías, también
produce un efecto sobre medio ambiente en general.
El cloro se disuelve cuando se mezcla con el agua. También puede escaparse del agua
e incorporarse al aire bajo ciertas condiciones. La mayoría de las emisiones de cloro al
medio ambiente son al aire y a las aguas superficiales.
Cuando se libera al aire, el cloro reaccionará con el agua, formando ácidos que son
removidos de la atmósfera por la lluvia. La reacción entre el cloro y el agua formará
ácido hipocloroso y ácido clorhídrico. El ácido hipocloroso se degrada rápidamente. Por
su parte el ácido clorhídrico también se degrada, sus productos de degradación
reducirán el pH del agua, volviéndola más ácida, lo que produciría problemas para la
vida acuática.
Una vez en el aire o en el agua, el cloro reacciona con otros compuestos químicos. Se
combina con material inorgánico en el agua para formar sales de cloro, y con materia
orgánica para formar compuestos orgánicos clorados.
17
Debido a su reactividad, la probabilidad que escurra por el suelo y penetre la napa
incorporándose a las aguas subterráneas es muy pequeña.
Las plantas y los animales no suelen almacenar cloro. Sin embargo, estudios de
laboratorio muestran que la exposición reiterada al cloro en el aire puede afectar al
sistema inmunitario, la sangre, el corazón y el sistema respiratorio de los animales.
En general el cloro provoca daños ambientales a bajos niveles. Pero sí se trata de un
elemento dañino para organismos que viven en el agua y en el suelo.
Una escape de cloro puede producir una nube tóxica que se expande en la dirección
del viento afectando a todo ser viviente. Al ser más pesado que el aire no se dispersa
en todas las direcciones, sino que se expande por la superficie terrestre hasta
combinarse con otras sustancias.
El cloro no es combustible, pero si facilita la combustión de otras sustancias. Existen
riesgos de incendios y explosiones cuando el gas cloro entra en contacto con
sustancias combustibles, productos orgánicos, minerales, amoniaco y metales
finamente divididos.
2.4 Instalación de Cloración
En el diseño de una instalación de cloración, y dadas las características del elemento
que se manipula, es necesario contar con una serie de áreas destinadas a reguardar a
los operarios que trabajan en el lugar y a los entornos de ésta. El diseño debe
contemplar:
• Área de almacenamiento de los recipientes contenedores de cloro, vacíos y llenos en
espera.
En todos los casos el área asignada debe estar limpia, despejada, libre de humedad,
alejada de grasas, aceites, solventes e hidrocarburos, sin posibilidad de incendios en
las inmediaciones y con fácil acceso para el vehículo que los transporte. Se debe
18
prohibir el ingreso a personas no autorizadas. Preferentemente los recipientes de Cl2
deben almacenarse en recintos cerrados al menos techados para evitar los rayos del
sol y la lluvia. En todos los casos de debe delimitar la zona de los contenedores llenos y
vacíos. Todos los recipientes almacenados deben poseer capuchones protectores de
válvulas. Si se decide la ubicación del área de almacenamiento dentro de un recinto
cerrado, los recipientes vacíos o llenos en espera, se pueden ubicar junto con los
contenedores en uso o separado de éstos. Estos recintos, deben diseñarse con
facilidades para la maniobra de camiones, movimientos y circulación de operarios.
En el caso en que no se posea un sistema de neutralización de cloro, la sala debe estar
aireada, de tal forma que haya un suave y continuo barrido de aire, desde la parte
superior hacia el inferior. En caso de contar con un sistema de neutralización de cloro,
es conveniente que esta sala no posea ventilación natural. En la parte superior se
instalarán las entradas de aire, aberturas o ventanas de sobrepresión, mientras que en
la parte inferior se instalaran ductos vinculado a uno a más extractores, que saquen el
aire del recinto, y lo envíen a la torres de absorción. El cuidado a tener en el diseño se
basa en el evitar la formación de cortocircuitos en la corriente de aire.
• Área de instalación de los recipientes contenedores de cloro llenos, en servicio y
espera.
Para el diseño deben tenerse en cuenta los mismos requisitos que en el caso del área
de almacenamiento. Como se indica anteriormente, los espacios deben contemplar la
facilidad de movimientos tanto de camiones, operarios, etc. Las salas donde se alojan
los contenedores son comúnmente llamadas salas de alta presión. La obra civil de
estas salas debe contemplar la instalación de un portón de acceso para el ingreso y
salida de los contenedores de cloro, y una o dos puertas de escape con la abertura
hacia afuera y barras de apertura antipánico.
• Área de instalación de los equipos de cloración.
Los cloradores, normalmente de operación bajo vacío, se instalan en salas llamadas de
baja presión. Estas deben estar aisladas de las de alta presión y al igual que el resto de
las salas se cuenta con un conducto vinculado a un extractor, que en caso de una fuga,
saque el aire del recinto y lo envíe a las torres de absorción.
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• Área del sistema de neutralización.
El sistema de neutralización de cloro debe instalarse a la intemperie, en un área
contigua a la sala de alta presión.
2.5 Almacenamiento del Cl2
El cloro es almacenado y transportado dentro de recipientes de acero a presión. Los
recipientes comúnmente usados son los cilindros, con capacidad entre 50 Kg. y 75 Kg.,
y contenedores, con capacidad de aproximadamente 1 tonelada. Para plantas de muy
altos consumos pueden usarse tanques montados sobre acoplados, que tienen un
rango de capacidad entre 15 y 22 toneladas.
Las Naciones Unidas, adjudicaron el número de identificación “1017” al cloro, con la
clase “2.3” y las subclases de peligro “5.1 y 8”. Por lo tanto todo recipiente que
contenga éste elemento, deberá mostrar los correspondientes símbolos y los vehículos
de transporte deberán llevar los rótulos visibles.
La norma chilena NCh 1194/1.Of97, especifica los envases para transportar y
almacenar el Cl2, los que corresponden a las especificaciones del Código de
Regulaciones Federales de los Estados Unidos, título 49 (CFR 49). Los tipos de
envases especificados son los siguientes:
• Cilindros
• Tanques Portátiles
• Tanques en Camiones
• Tanques en Vagones
El llenado de cada envase de transporte y almacenamiento de Cl2 debe cumplir con las
especificaciones entregadas por las normas chilenas NCh 2298 y NCh 2299, para
cilindros y tanques portátiles respectivamente.
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2.6 Causas de pérdidas de Cl2 en Instalaciones de Cloración
Cuando comenzaron las investigaciones, sobre los accidentes con gas cloro, por parte
de la Agencia del Medio Ambiente de los EEUU, si bien al comienzo se pensó en un
gran número de accidentes durante el transporte del químico, se descubrió que existían
un gran número de accidentes dentro de las plantas donde se manipulaba el Cl2, las
cuales no eran informadas.
Algunas de las causas más frecuentes de fugas de Cl2 a la atmósfera son debidas a
pérdidas ocurridas en los recipientes que contienen el Cl2; dentro de estas pérdidas se
encuentran:
• Pérdidas por válvulas, debido a movilización del recipiente tomado por la válvula,
operación incorrecta en el recambio del recipiente, bloqueo de la válvula.
• Pérdida a través de tapones y accesorios roscados.
• Pérdidas debidas a perforaciones en los recipientes, provocados por picaduras
ocurridas por corrosión.
• Pérdidas en las mangueras de conexión.
Otras causas de fugas de Cl2, son:
• Pérdidas ocurridas por problemas con las válvulas en las cañerías de la sala de
cloración.
• Ruptura del Evaporador.
• Pérdidas en las válvulas de los equipos de dosificación de Cl2.
Algunos estudios han establecido que una de las mayores causas de fugas de gas
cloro es en la operación y rotura de las válvulas principales de los contenedores.
2.7 Medidas de Prevención y Seguridad ante fugas de Cl2
En toda instalación donde se manipule cloro, es necesario contar con una serie de
medidas de seguridad orientadas a evitar accidentes mayores ante fugas de Cl2.
21
Dentro de las medidas de seguridad que se implementan en una instalación de
cloración, están:
• Señalización adecuada de:
o Las salas de almacenamiento y sus riesgos.
o Los tanques, puentes de válvulas, tuberías, etc.
o La zona de Protección.
o Los dispositivos de extinción de incendios.
o Los dispositivos de descarga de electricidad.
o Las advertencias de peligro de fuego o gas.
o Las fuentes lavaojos y duchas de emergencia.
o La simbología de peligro propia de una sustancia tóxica.
o Prohibición de entrada a personas ajenas.
o Caminos de acceso y evacuación.
• Dispositivos y equipos de protección individual, de autoprotección según lo indicado
en el Anexo B de la norma chilena NCh 1194/1. A su vez la Norma española NTP
338(13), en el año 1994, señala dispositivos y equipos de protección individual, como
son las mascarillas respiratorias con filtro, los equipos autónomos y los
complementos (antiparras, cinturones de seguridad, calzado especial de protección,
guantes, botellas de aire u oxígeno a presión, duchas de emergencias, fuentes
lavaojos, equipos de seguridad contra incendios, etc.).
• Implementación de un Plan de Emergencias en condiciones de total operatividad de
la instalación de cloración, con los equipos de seguridad y medios de alerta
correspondientes. El Plan de Emergencias debe incluir un procedimiento para el
entrenamiento del personal autorizado, realizando capacitación a operadores,
personal de mantención y seguridad. Junto con la realización de simulacros, para
corroborar el cumplimiento del plan ante alguna emergencia.
• Definir zonas de seguridad dentro de la planta de producción de Agua Potable,
donde el personal se pueda resguardar ante alguna emergencia.
22
Para su plan de emergencias, la norma española NTP 338(13) establece algunas
medidas para la detección y el control de las fugas, ocurridas tanto en ambientes
exteriores como interiores, con las siguientes recomendaciones:
• En ambientes exteriores, contar con un sistema de medición manual, para aplicarlo
en forma periódica en aquellos lugares susceptibles de emisión. Particularmente
para el almacenamiento de cloro, la utilización de una sal amoniacal como sistema
de identificación de fugas es muy útil, ya que en contacto con el cloro forma
inmediatamente humos blanquecinos de cloruro de amonio. También es conveniente
disponer de un sistema de detección sobre la dirección y velocidad del aire en el
ámbito físico en que pueden producirse emisiones, con la iluminación nocturna
precisa, a los consiguientes efectos. Con ello será factible predecir, ante la puesta en
marcha del plan de emergencia, la dispersión del producto contaminante en el aire,
informando oportunamente al personal que pudiera verse afectado.
• En ambientes interiores, se recomienda la utilización de sistemas de detección
continua de gases, debido a su gran eficacia. Estos sistemas corresponden, en
general, a un sistema constituido por un sensor, una unidad de detección y
dispositivos varios, como son: válvulas, ventiladores, sirenas, lámparas de aviso, etc.
Para el caso de los sensores, éstos deberán ser ubicados próximos a eventuales
puntos de fuga, a fin de disponer de una rápida respuesta y consiguiente notificación
al personal que puede verse afectado. En el caso de no poder predecir los
potenciales puntos de fuga es recomendable situar los sensores a una cierta
distancia de un número de virtuales fuentes de emisión, disponiéndose así de una
mayor cobertura dentro de la instalación.
• En general para ambos ambientes es necesario contar con medidas
complementarias para la prevención de explosiones, que consisten en eliminar de la
zona de riesgo toda posible fuente de ignición, como es el caso de chispas y
descargas eléctricas, calor, impactos mecánicos provenientes de materiales
inadecuados, etc.
23
• Los niveles de alarma estarán regulados en función al grado de peligrosidad del
contaminante. Respecto a los gases tóxicos, como es el caso del cloro gas, el límite
de alarma vendrá dado de tal forma que el personal pueda actuar sin riesgo para su
salud.
• Los emplazamientos desde los cuales debe controlarse la instalación por eventuales
fugas serán intrínsecamente seguros ante las mismas. Éstos deberían ser utilizados,
en lo posible, como zona de seguridad y como refugio para el personal de la
instalación expuesto a intoxicaciones accidentales.
2.8 Solución Eficiente para Emisiones Accidentales de Cl2
Una solución eficiente para controlar las emisiones accidentales de Cl2, es la
implementación de un sistema de neutralización en instalaciones de cloración,
mediante la utilización de Torres a Contracorriente.
El control de la emisión de Cl2 gaseoso se basa en tratarlo de manera de poder liberar
al medio ambiente un gas inocuo que no afecte al medio ambiente que rodea a la
instalación de cloración.
El sistema de neutralización en general cuenta con las siguientes unidades:
• Torre de Neutralización, donde se realiza el lavado del gas y que cuenta con las
siguientes unidades:
- Distribuidores de líquido
- Eliminador de gotas
- Material de Relleno
- Bandejas Soportantes de relleno
• Estanques de Soda Cáustica
• Bombas de elevación de Soda Cáustica
• Sensores de Cloro
• Extractores de Aire y Bocas de Succión
24
El proceso de limpieza del gas contaminado, luego de ser extraído del lugar de la fuga,
consiste en hacer pasar el gas por la parte inferior de la torre y a su vez una solución
neutralizante (soda cáustica) es bombeada por la parte superior de manera de ir, en
contracorriente, neutralizando el gas a medida que asciende por la torre.
Existen varias formas de tratar el gas contaminado utilizando Torres de Neutralización a
contracorriente, dentro de las cuales se destacan:
• Lavado sin recirculación
• Lavado con recirculación
• Lavado en serie
En la figura 2.1, se muestra la configuración de torres de neutralización sin
recirculación:
Figura 2.1: Torre de Neutralización Sin Recirculación
En la figura 2.2, se muestra la configuración de torres de neutralización con
recirculación:
25
Figura 2.2: Torre de Neutralización Con Recirculación
En la figura 2.3, se muestra un esquema de torres de neutralización en serie:
Figura 2.3: Torres de Neutralización en Serie
En este trabajo se optó por una de éstas alternativas de tratamiento, utilizando torres de
neutralización, de acuerdo a los resultados obtenidos desde el punto de vista de la
eficiencia de remoción de cada uno de los sistemas.
26
3 Caracterización del Proceso de Neutralización
3.1 Análisis del derrame de Gases Licuados a Presión
Un derrame de gases licuados a presión se produce cuando ocurre una fuga o alguna
falla en el recipiente contenedor, accesorio, equipo o conducción del gas licuado a
presión.
Al producirse la pérdida de contención en el recipiente, el gas licuado sufre un
descenso súbito de su presión de almacenamiento hasta la presión atmosférica. Esto
da lugar a una evaporación rápida, que a su vez arrastra una cantidad considerable de
líquido en forma de pequeñas gotas. Una parte de estas gotas pueden volver a caer al
suelo en forma de lluvia debido al enfriamiento y condensación y otra parte se
evaporará.
La parte del gas licuado restante forma un charco de líquido en el suelo que está a una
temperatura igual a la de ebullición, la cual es muy baja con respecto a la temperatura
del suelo. Si el derrame es de poca magnitud, la evaporación del charco es muy rápida
y todo el gas licuado se incorpora a la atmósfera en muy poco tiempo. En derrames
importantes, luego de la evaporación rápida inicial, el suelo sufre un enfriamiento
suficiente para que la evaporación de charco transcurra en forma más lenta.
Como se ha mencionada en el párrafo anterior, existen dos tipos de evaporación
principales:
• Evaporación Rápida Inicial
• Evaporación de Charco
Determinar el valor de la evaporación rápida inicial es de suma importancia, ya que es
partir del él en que se determinará como se diluirá el contaminante en el lugar de la
27
fuga y con esto es posible obtener el valor de la concentración de entrada del gas
contaminado al sistema de neutralización.
La evaporación inicial ocurre por una expansión rápida que se puede considerar
adiabática, es decir sin transferencia de calor con el medio circundante. Por lo tanto el
calor necesario para la evaporación es extraído del exceso de energía del propio líquido
sobrecalentado que sufre un descenso de temperatura, desde la temperatura existente
en el momento del derrame (T0) hasta la temperatura de ebullición a presión
atmosférica (Teb).
En la norma española NTP 430(15), del año 1992, se especifican expresiones para
determinar el valor de la evaporación rápida inicial y la evaporación de charco.
En la expresión (3-1) se determina el valor de la masa inicial evaporada para fugas de
un solo componente. Esta expresión se obtiene a partir de un balance de energía entre
la cantidad de calor necesario para la evaporación y la cantidad de calor proporcionado
por la masa de gas licuado:
( )⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= −
−
e ebv
p TThC
v mm 010 (3-1)
Donde:
mv: Masa vaporizada en la evaporación rápida inicial [Kg].
m0: Masa inicial del gas licuado [Kg].
cp: Calor específico del gas licuado [J/Kg°K].
hv: Calor latente de vaporización del gas licuado [J/Kg].
T0: Temperatura inicial del gas licuado [°K].
Teb: Temperatura de ebullición del gas licuado [°K].
Para determinar el valor de la masa inicial evaporada es necesario adoptar la
recomendación de T. Kletz, la que dice que se debería adoptar como valor más real de
la masa de la nube de aire formada, el doble de la masa teóricamente calculada.
28
El valor obtenido para la evaporación rápida, considerando la recomendación de Klett
es:
mv [Kg] 324,3
Por otro lado, la normativa especifica que la cantidad no evaporada inicialmente, cae al
suelo y se extiende por la superficie del cubeto donde se ubica el contenedor de cloro
gas.
Así la evaporación del charco por unidad de superficie y en función del tiempo, queda
determinada por la expresión (3-2):
( )( )
21
21
−⋅
−= t
ah
TTm
sv
ebsse
π
λ (3-2)
Donde:
λs: Conductividad del suelo [W/m°K].
as: Difusividad del suelo [m2/s].
Ts: Temperatura del suelo [°K].
Teb: Temperatura de ebullición del gas licuado [°K].
hv: Calor latente de vaporización del gas licuado [J/Kg].
Cabe destacar que la superficie total de evaporación corresponde a la superficie del
cubeto donde se ubica el contenedor de gas cloro.
Con el valor del área es posible obtener una expresión de velocidad o tasa de
evaporación para distintos tiempos.
Cuando se determina la evaporación total en el tiempo, es necesario considerar la
evaporación producto de la radiación solar. Para esto se considera un flujo promedio
producto de la radiación, constante para todas las estaciones del año. El valor utilizado
para el flujo de radiación solar en este estudio fue de:
Flujo Radiación Solar [Kg/s] 0,08
29
Finalmente la masa total, Me (t), evaporada al cabo de un tiempo t, se calculó utilizando
la expresión (3-3).
21
21
2)()( tAmttAmttmtM eeee ⋅⋅⋅=∂⋅⋅=∂= ∫∫− (3-3)
A su vez teniendo en cuenta la influencia de la radiación solar, se tiene la expresión (3-
4), expresión final para determinar la masa evaporada en el tiempo.
ttAmtM ee ⋅+⋅⋅⋅= 08,02)( 21
(3-4)
Obtenida la relación (3-4), se pudo determinar el gráfico de la evaporación en el tiempo,
considerando la evaporación rápida inicial y la evaporación del charco.
En ésta ocasión, para determinar a evaporación en el tiempo, se determinó que el área
de la cubeta corresponde al 80% del área basal de la instalación. En la tabla 3.1, se
indican las dimensiones de la instalación de cloración y por ende de la cubeta.
Tabla 3.1: Área de la Cubeta
H instalación [m] 4
V instalación [m] 100
Área instalación [m2] 25
Razón Área cubeta/Área Instalación 0,8
Área Cubeta 20
Así en el gráfico 3.1 se muestra la evaporación en el tiempo.
30
Gráfico 3.1: Evaporación en el Tiempo
Masa Evaporada en el Tiempo
0,0
200,0
400,0
600,0
800,0
1000,0
1200,0
0 1000 2000 3000 4000 5000Tiempo [s]
Mas
a Ev
apor
ada
[Kg]
Evaporación Rápida Inicial
Como se puede observar del gráfico 3.1, es posible estimar el tiempo que tarda el gas
en evaporarse en la instalación. El tiempo en que se evaporan los 1000 kg, fue de 76
minutos.
Como se mencionó anteriormente es a partir de estos valores que se determinó la
concentración de la nube de gas contaminada en la instalación de cloración, la que
luego de su neutralización se liberará inocua a la atmósfera.
En el ANEXO D, se encuentran disponibles las tablas de resultados relacionadas con la
evaporación de la masa de gas, y en el ANEXO DIGITAL, se encuentra disponible los
cálculos realizados para determinar la evaporación rápida inicial y la evaporación del
charco en le tiempo.
3.2 Mecanismo de trabajo del sistema
El tratamiento de contaminantes gaseosos utilizando Torres de Neutralización involucra
un intercambio de masa en la operación. La transferencia de masa ocurre entre el gas
soluble y un líquido solvente dentro de la torre. Por lo tanto es necesario determinar la
tasa de transferencia de masa dentro del sistema, ya que ésta tiene gran influencia
sobre el contaminante que será removido.
31
La absorción es el mecanismo utilizado en la operación de transferencia de masa al
interior de la torre de neutralización, para remover el contaminante gaseoso desde una
fuga de gas. La absorción ocurre cuando los contaminantes gaseosos se disuelven en
las gotas de líquido neutralizante.
El proceso de absorción se clasifica en absorción física y química. La absorción física
ocurre cuando el gas absorbido simplemente se disuelve en el solvente. En el caso en
que exista una reacción entre el gas y el solvente, se está en presencia de absorción
química. La absorción química es más eficiente para la neutralización de gases
insolubles como es el caso del cloro y el dióxido de azufre.
La fuerza impulsora de la absorción es la diferencia de concentración de los
contaminantes entre sus fases líquida y gaseosa. Por lo tanto la absorción cesará si la
concentración de los contaminantes en sus fases líquida y gaseosa está en equilibrio.
La solubilidad de los agentes contaminantes en el líquido es el factor que controla la
diferencia de concentración en ambas fases. Mientras más soluble es un gas tiende a
ser absorbido con mayor rapidez. La solubilidad es una función de la temperatura y en
menor medida de la presión del sistema. A medida que aumenta la temperatura la
cantidad de gas absorbido es menor y ocurre lo contrario con la presión, ante un
aumento de ésta en el sistema la cantidad de gas absorbido aumenta.
El principio de la absorción está gobernado por las líneas de equilibrio. Éstas se trazan
de acuerdo a la solubilidad del contaminante en condiciones de equilibrio. Las
condiciones de equilibrio son importantes cuando se operan torres de neutralización. Si
se llega a alcanzar el equilibrio durante la operación de una torre, la eficiencia de la
remoción caerá a cero ya que no ocurrirá transferencia de masa en ese punto. Por lo
tanto la concentración de equilibrio limita la cantidad de soluto que puede ser removido
en el proceso de absorción.
32
Bajo algunas condiciones, la solubilidad en el equilibrio puede ser expresada a través
de la ley de Henry: “A temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un líquido
es directamente proporcional a la presión parcial que ejerce ese gas sobre el líquido”.
XHp ⋅= (3-5)
Donde:
p: Presión parcial del contaminante en el equilibrio [atm].
H: Constante de Henry [atm].
X: Fracción molar del contaminante en el líquido [mol/mol].
Otra de las formas más comunes de expresar la constante de Henry es través de la
siguiente expresión:
XHY ⋅=* (3-6)
Donde:
Y*: Fracción molar del contaminante en la fase gas en equilibrio con el líquido [mol/mol].
H: Constante de Henry, adimensional.
X: Fracción molar del contaminante en la fase líquida [mol/mol]
La ecuación anterior corresponde a la ecuación de una recta, donde la pendiente
corresponde al valor de la constante de Henry. Hay que destacar que la ley de Henry
puede utilizarse para predecir la solubilidad de un gas sólo cuando la línea de equilibrio
es recta. En general las líneas de equilibrio son rectas cuando las concentraciones de
soluto están bien diluidas, lo que se cumple en aplicaciones de control de
contaminación del aire.
Como se puede observar, las dimensiones de la constante de Henry dependen de las
relaciones utilizadas para el cálculo. El valor de la constante no es único, ya que
depende de factores como por ejemplo la temperatura. Un ejemplo de esto se muestra
a continuación en la figura 3.1, para el caso del SO2.
33
Figura 3.1: Constantes de Henry SO2
En la figura 3.1 se muestra una clara dependencia de la constante de Henry a la
temperatura, lo que implica que la temperatura es un factor de importancia en el
proceso de absorción, ya que a medida que aumenta la temperatura disminuye la tasa
absorción y viceversa.
El funcionamiento del proceso de absorción de un gas está afectado por otros factores,
por ejemplo la corriente del escape de gas, el material de construcción de la torre de
neutralización, el tipo de solución neutralizadora, la viscosidad del gas, etc. Algunos de
los cuales serán analizados en los capítulos posteriores.
En el ANEXO A, se encuentran disponibles las valores de las constantes de Henry para
el Cl2.
3.3 Sistema de Neutralización utilizando Torres de Absorción
Existen una variedad de sistemas de neutralización utilizando torres de absorción en la
industria. Cada tipo de sistema se diferencia en la geometría y la técnica de contacto
del gas con el líquido. Algunos ejemplos son las torres de flujo de horizontal y las torres
de flujo vertical.
Las variables de operación asociadas al diseño son : el caudal del gas y del líquido, la
ubicación del distribuidor de la solución neutralizadora, la tasa a la cual es distribuida
34
dicha solución, la temperatura del gas y de la solución, la velocidad y solubilidad del
gas, el tiempo de residencia en el sistema entre otros.
Como se indicó anteriormente, un sistema de neutralización está compuesto por una
torre de absorción, sistema de extractores, ductos que conducen el gas contaminado
del lugar de la fuga a la torre de absorción, estanque de almacenamiento de líquido de
lavado, un sistema de bombas y sensores que indiquen la presencia de alguna fuga de
gas contaminado.
En resumen, la operación de una torre de neutralización, considerando las unidades
indicadas en el capítulo anterior, consiste en dos etapas. Durante la primera etapa, el
gas se mueve a través del material de relleno y se pone en contacto con la solución
neutralizadora, la que ha sido distribuida uniformemente por encima de la capa de
relleno. En esta etapa los agentes contaminantes son transferidos del gas al líquido. En
la segunda etapa, el gas que ya se puso en contacto con el líquido y ya transfirió los
agentes contaminantes a éste, pasa a través de un eliminador de gotas, donde se
remueven las gotas que han sido arrastradas en el proceso u otras partículas que no
han sido removidas en la capa de relleno. Finalmente el gas limpio es emitido a la
atmósfera por un ventilador a través de una chimenea.
Las torres de absorción son llenadas aleatoriamente con material de relleno a una cierta
profundidad o altura. El propósito de usar relleno al interior de la torres es proveer de
mayor superficie de contacto entre el gas y el líquido y a la vez que el tiempo de
contacto entre ambos sea el suficiente para hacer eficiente el proceso.
La solución neutralizadora elegida para el proceso debe ser en general de bajo costo y
además debe tener una baja viscosidad y alta solubilidad para gases. Dada la
naturaleza de esta solución, es que son comunes los problemas de erosión y corrosión
en los equipos del sistema.
En la parte superior de la zona de relleno es usual utilizar un eliminador de gotas. Este
elemento del sistema puede estar hecho de acero inoxidable o de fibra de vidrio (FRP).
Un eliminador de gotas generalmente puede capturar gotas de alrededor de 5μm de
35
diámetro. A su vez en la parte inferior cuenta con una bandeja soportante, la que debe
soportar la capa de relleno diseñada para la torre.
En general el material de relleno de la torre requiere de continuo mantenimiento para
asegurar la consistencia del proceso. Se recomienda una regular inspección del
material de relleno, del distribuidor de líquido y del eliminador de gotas, ya que estos
elementos se tienden obstruirse con algunas partículas sólidas que trae consigo la
corriente de gas y la solución neutralizadora, lo que puede afectar a la eficiencia del
proceso.
3.4 Flujo a contracorriente
El flujo a contracorriente es el más utilizado en el proceso de neutralización utilizando
torres. Con este tipo de flujo la corriente de gas extraída entra a la torre por el fondo y
se mueve verticalmente hacia la parte más alta de ésta atravesando la zona de relleno.
A su vez la solución neutralizadora a través del distribuidor de líquido, ubicado en la
parte superior de la torre, es rociada al material de relleno para así descender a través
de éste y encontrarse con el gas que va en dirección contraria. La corriente de gas se
mueve a través del relleno, y junto con la solución deben mezclarse para que ocurra la
reacción entre ellos. Después de la reacción, el gas pasa por el eliminador de gotas que
se encuentra por sobre el distribuidor de líquido.
En general estudios han demostrado que el flujo a contracorriente es el más eficiente
comparado con otras configuraciones, como por ejemplo flujo cruzado.
En la figura 3.2 se muestra un esquema del proceso de neutralización utilizando torres
a contracorriente:
36
Figura 3.2: Flujo a Contracorriente
Utilizando el flujo a contracorriente es posible determinar una expresión para la
transferencia de masa en la operación de una torre de neutralización, a partir de un
balance de masa realizado en el sistema, el cual se muestra en la figura 3.3:
37
Figura 3.3: Balance de Masas del Sistema
Donde:
X = fracción molar del contaminante en el líquido [mol/mol].
Y = fracción molar del contaminante en el gas [mol/mol].
Lm1 =Lm2 =caudal molar líquido, [gr-mol/min]
Gm1 = Gm2 =caudal molar gas, [gr-mol/min]
Hay que destacar que se consideró que el caudal de gas contaminado y el caudal de
líquido de lavado que entra y sale del sistema es el mismo. Esto se justifica para
sistemas de control de contaminación de aire dado que el flujo de masa de
contaminante es muy bajo en comparación con los flujos de masa del gas y del líquido.
Por lo tanto se obtiene la siguiente relación para la transferencia de masa:
( ) ( )2121 XXLYYG mm −=− (3–7)
La expresión de transferencia de masas puede ser reordenada en la siguiente
expresión:
38
( )2121 XXGLYY
m
m −=− (3-8)
Considerando que el líquido de entrada al sistema no contiene contaminantes (X2=0),
se tiene lo siguiente:
( )211 YYLGX
m
m −= (3-9)
Esta expresión corresponde a la ecuación de una línea recta. Al graficar ésta línea en
un diagrama de equilibrio, se conoce como la línea de operación. Ésta línea define las
condiciones de operación de la torre de neutralización. Un esquema del diagrama de
equilibrio con una curva de operación típica se muestra en la figura 3.4:
Figura 3.4: Diagrama de Equilibrio y Curva de Operación
En la figura de observa que la pendiente de la curva de operación corresponde a la
razón caudal líquido-gas mínima necesaria en el sistema.
39
4 Diseño de Torres de Neutralización 4.1 Aspectos Generales de Diseño
El diseño de una torre de neutralización se basa en una serie de factores, que afectarán
a la eficiencia del proceso de remoción de contaminantes gaseosos. Por lo tanto, en
primer lugar se debe determinar cuales son los factores que afectan la eficiencia del
proceso, ya que estarán muy ligados al diseño de la unidad de neutralización.
Cuando se diseña un sistema de absorción, algunos parámetros quedan determinados
ya sea por condiciones de operación y/o por la normativa existente, como es el caso del
flujo de gas que circula por el sistema y las concentraciones de entrada y salida de los
contaminantes. El gas que se tratará corresponde a un gas de desecho, en el caso de
este trabajo consistirá en un gas de desecho producido por alguna fuga en los
estanques de almacenamiento de Cl2.
Junto con los parámetros mencionados anteriormente, los principales parámetros de
diseño de sistemas de absorción son:
• El caudal a extraer
• El caudal de líquido requerido
• El diámetro de la torre de neutralización
• La altura de la torre necesaria para alcanzar la remoción requerida
Además es necesario tener en cuenta una serie de factores que influyen en el proceso
y por ende en el diseño:
• Características del gas a tratar, el flujo promedio y máximo dentro de la torre de
absorción, propiedades químicas como el punto de condensación, corrosividad, pH y
solubilidad del contaminante.
40
• Caudal de la solución neutralizadora, el tipo de solución y el caudal suministrado a la
torre.
• La caída de presión con la que se operará. El diseño debe incluir el monitoreo de la
caída de presión a través del sistema.
• El pH al que funcionará la torre. Este debe ser controlado tal que la acidez o
alcalinidad de la solución de lavado pueda ser ajustada.
• Remoción del líquido arrastrado, la niebla y las gotas que son arrastradas por el flujo
deben ser removidas antes que abandonen la torre.
• Requerimientos de emisión, la eficiencia de remoción debe ser especificada para
cumplir con las regulaciones de contaminación atmosférica.
4.2 Factores que influyen en la Eficiencia del Proceso de Neutralización
En el diseño de una torre de neutralización es necesario tomar en cuenta ciertos
factores que afectan la eficiencia del proceso para así evitar problemas de operación.
Desde el punto de vista económico tratar estos factores ayudan a minimizar costos de
instalación, operación y mantenimiento del sistema.
Empíricamente la eficiencia de una torre de neutralización se basa en la información
obtenida sobre altura de diseño de la capa de relleno de la torre.
En general dentro de los factores que influyen en la eficiencia del proceso de
neutralización están:
• Área de irrigación
• Solución neutralizante
• Profundidad capa de relleno
• Caudal Líquido
41
• Temperatura
• Material de construcción
• Tipo de relleno
• Mantenimiento
• Razón líquido gas
• Efectos del calor
A continuación se especificaran las características generales y la relación con la
eficiencia del proceso de neutralización, de cada uno de los factores mencionados
anteriormente.
4.2.1 Área de irrigación
El área de irrigación corresponde al área de la sección transversal de la torre de
absorción. Ésta debe ser correctamente diseñada para que la torre sea capaz de
almacenar al líquido y al gas. Establecer un área adecuada facilita la remoción de los
contaminantes del gas.
La velocidad del gas que circula a través de la torre se incrementa a medida que se
disminuye el área transversal de ésta. Cuando se tiene un área transversal pequeña, el
líquido ocupa todos los espacios vacíos existentes en el material de relleno. Esta
situación incrementa la caída de presión y por lo tanto disminuye la capacidad de
mezcla entre el gas y el líquido. Además, la variación de los caudales del gas y del
líquido es una de las causas de que el tiempo de contacto entre ellos no sea el
suficiente para poder realizar correctamente el proceso.
Cuando los espacios vacíos del material relleno están completamente llenos, la torre
puede inundarse, formando una capa de líquido en la parte de superior del relleno que
impide que el gas pueda fluir a través de él. Esto afecta significativamente al proceso y
debe evitarse. Es por esto que se debe trabajar bajo el nivel de inundación del sistema,
determinando un porcentaje del punto de inundación en el cual se trabajará.
42
Por otra parte tener valores muy altos del área transversal implica diámetros muy
grandes para la torres, lo que se ve reflejado en altos costos para la construcción y
mantenimiento. Junto con eso está el hecho de contar con bajas velocidades de
circulación, lo que trae consigo mayores tiempos de contactos, que al momento de una
emergencia puede afectar al funcionamiento correcto del sistema.
Por lo tanto es necesario determinar áreas de irrigación adecuadas al funcionamiento
del sistema para que así no se vea afectada la eficiencia del proceso.
4.2.2 Solución de Neutralización
La solución neutralizadora es un factor muy importante en la eficiencia del proceso.
Idealmente la solubilidad del gas contaminado a tratar con respecto a la solución
elegida debe ser muy alta. La solución debe ser tal que se requiera una cantidad
mínima para neutralizar el gas. Para mejorar la solubilidad del gas es posible adicionar
algunos químicos a la solución, esto mejora considerablemente el proceso y hace
posible tratar algunos contaminantes más específicos.
La solución en general debe ser de baja viscosidad, no debe ser inflamable ni tóxica y
desde el punto de vista económico debe tener un costo razonable.
Este tipo de solución puede volver a ser utilizada, luego de neutralizarla y eliminarle los
contaminantes que fueron transferidos a ella. Para el buen funcionamiento del sistema
es necesario asegurar que valores del pH de la solución, en esta situación, favorezcan
al proceso de absorción.
Croll-Reynolds (6), en el año 1990, entregaron una lista de soluciones, que pueden ser
utilizadas en el proceso de neutralización, para diferentes tipos de gases y así minimizar
problemas de mantenimiento y por ende de costos. En la tabla 4.1, se muestran las
soluciones a utilizar para los distintos tipos de gases.
43
Tabla 4.1: Material y Solución Neutralizadora para determinados Gases
Gas Líquido Neutralizador
Amoniaco Agua Cloro Soda Cáustica
Dióxido de Carbono Soda Cáustica Cloruro de Hidrógeno Agua / Soda Cáustica Fluoruro de Hidrógeno Agua Sulfuro de Hidrógeno Soda Cáustica Sulfuro de Hidrógeno Clorhidrato de Sodio
Acido Nítrico Agua Dióxido de Sulfuro Soda Cáustica / Cal
Acido Sulfúrico Agua En particular, para la neutralización del gas cloro, la solución elegida por razones de
solubilidad, volúmenes de solución resultante y fácil obtención, es la Soda Cáustica. Lo
que se puede observar, según las recomendaciones de Croll-Reynolds, en la tabla 4.1.
La Soda Cáustica es químicamente denominada como Hidróxido de Sodio (IUPAC) y su
fórmula química es NaOH. En solución presenta un porcentaje de agua entre un 50% y
68%. Es incolora e inodora. Presenta algunos riesgos a la salud de las personas, como
el causar quemaduras en el tracto respiratorio, la piel, los ojos y el tracto intestinal,
además puede producir daños oculares permanentes. Dado de que se trata de una
sustancia alcalina, puede causar algunos daños al medio ambiente, como por ejemplo
elevar el pH de las aguas superficiales que poseen una baja capacidad tampón.
Algunas de las características de la solución neutralizante se muestran en la tabla 4.2.
Tabla 4.2: Características Solución Neutralizante
Composición NaOH
Concentración [%] 20
PM [gr/gr-mol] 41
Densidad solución [Kg/m3] 1220
Temperatura [°C] 25
Viscosidad [Kg/m/s] 0,001
Tensión Superficial [N/m] 0,072
Tasa de Difusión [m2/s] 2,128E-09
44
Por las características de la solución que se utilizará para neutralizar la fuga de gas
cloro, es necesario implementar una serie de medidas de seguridad para su utilización
según las indicaciones de la normativa existente.
La reacción química resultante para el proceso de la neutralización de gas cloro, es la
siguiente:
OHNaClONaClNaOHCl 22 2 ++→+
En el proceso de neutralización de gases que contienen cloro, es común la utilización
de Hidróxido de Sodio (Soda Cáustica) a concentraciones entre 18% y 23%. A su vez,
para evitar problemas de cristalización, la concentración del Cloruro de Sodio durante
todo el proceso deberá mantenerse bajo el 20%, según las recomendaciones de una
publicación de Eurochlor (9), en el año 2004.
Otra consideración es que el pH es de suma importancia en el proceso de absorción,
recomienda que el pH de la solución durante el proceso se encuentre entre 6 y 8.
4.2.3 Profundidad capa de relleno
Como se mencionó anteriormente, contar con una capa de relleno provee de una mayor
superficie de contacto entre el gas y el líquido, además promueve a una distribución
uniforme de la solución, para que así no se originen vías principales por las que fluya el
líquido. Estas características aseguran una buena mezcla entre el gas y el líquido para
la absorción de los contaminantes del gas.
La altura del relleno afecta al funcionamiento del sistema. Grandes alturas son
preferidas ya que favorecen a la absorción y se incrementa la eficiencia del proceso.
Básicamente la altura del relleno deseada estará determinada por la eficiencia de
remoción de los contaminantes y por la eficiencia en la transferencia de masa entre el
gas y el líquido.
Disponer de una mayor altura de relleno además incrementa la caída de presión. La
caída de presión resulta cuando el gas fluye a través de la cama de relleno. Ésta caída
de presión es causada por la resistencia del líquido y del relleno al flujo de gas.
45
Desde el punto de vista económico la profundidad del relleno debe ser diseñada para
optimizar el proceso de neutralización, basada en la eficiencia de remoción requerida
para ciertos contaminantes y en el tipo de material de relleno utilizado en la torre.
4.2.4 Caudal del líquido de lavado
El caudal de la solución neutralizadora debe diseñarse para proporcionar un flujo
suficiente para tratar todo el caudal de gas de diseño y para prevenir que la capa de
relleno permanezca seca durante el proceso. Un flujo suficiente asegura el contacto
continuo de la corriente de gas contaminado con la solución.
El caudal de líquido se determina a partir del balance de masas del sistema y de la
relación de solubilidad del gas y la solución neutralizadora, para así lograr una
adecuada concentración de salida del contaminante en el gas, con tal de evitar daños al
entorno en general.
No contar con el caudal adecuado, afectará claramente la eficiencia del proceso, ya que
no se dispondrá se suficiente solución para tratar al gas contaminado y por ende no se
cumplirá con el objetivo principal del sistema. Por lo tanto es necesario ponderar por un
factor de seguridad para el caudal determinado teóricamente, para así asegurar que no
existirán problemas al enfrentarse a alguna emergencia.
También es necesario contar con una adecuada distribución del líquido para evitar la
condición de inundación de la cama de relleno, la que puede resultar de las variaciones
de caudal del gas y del líquido. Por lo tanto en el diseño se dispone de un distribuidor
de líquido sobre la capa de relleno en el interior de la torre.
Estas unidades deben ser chequeadas periódicamente para evitar la intrusión de
sólidos que taponen el sistema de distribución, ya que su mal funcionamiento puede
conllevar a la formación de zonas secas dentro de la cama de relleno, lo que afectaría
considerablemente la eficiencia del sistema.
46
Como se mencionó en capítulos anteriores, el caudal de solución es bombeado desde
el estanque de almacenamiento hasta la parte alta de la torre, por lo tanto es necesario
realizar regularmente un chequeo de las bombas que llevan la solución hacia el
distribuidor de líquido, ya que si hay algún problema de obstrucción en el bombeo esto
puede afectar a la eficiencia del proceso no entregando el caudal de líquido requerido.
4.2.5 Temperatura
La temperatura del gas es otro parámetro que afecta la eficiencia del sistema. Éste
parámetro esta fuertemente relacionado con la solubilidad del gas de gran importancia
en el proceso de absorción.
Altas temperaturas del gas pueden causar deficiencias es el proceso de absorción por
la evaporación de la solución neutralizadora. La evaporación de la solución puede
provocar zonas secas de relleno lo que puede causar un severo problema en el proceso
de absorción, ya que en esta situación la absorción entre el gas y el líquido cesa. Bajo
esta misma situación se ve afectada la solubilidad del gas la que está relacionada
directamente con el decaimiento de la tasa de absorción.
Además a altas temperaturas se pueden dañar la cubierta de la torre de neutralización y
los equipos del sistema, puede ocurrir corrosión en ellos. Junto con lo anterior, las altas
temperaturas afectan a la viscosidad, densidad, difusividad y a otras propiedades del
gas.
Por lo tanto la temperatura del aire contaminado que entra al sistema debe ser regulada
cuidadosamente para no afectar la eficiencia de proceso. Ante altas temperaturas de
entrada, éstas se pueden reducir hasta un nivel aceptable antes de que ingresen al
sistema, instalando en el sistema con un intercambiador de calor. Una publicación del
año 2004 de Eurochlor (9) recomienda mantener una temperatura bajo los 55°C, como
límite máximo para el tratamiento de gases.
47
Generalmente se trabaja a bajas temperaturas, las que favorecen al proceso de
absorción además de evitar daños innecesarios al interior del sistema. En particular en
éste estudio se trabajó a una temperatura constante durante el proceso, de 25°C.
4.2.6 Material de Construcción
La selección del material de construcción de una torre de neutralización depende
principalmente del contaminante que se tratará y de la solución neutralizadora que se
utilizará en el sistema, por lo tanto el material de construcción es un factor importante
que afecta a la eficiencia del proceso.
El material elegido debe amortiguar la capacidad de corrosión del gas y de la solución.
Sin embargo el cuerpo de la torre puede verse afectado por la humedad del ambiente
cubriéndose de moho. Con esto la eficiencia del sistema se puede reducir
considerablemente.
Para obtener buenas condiciones de operación, el material de construcción debe ser
revisado cuidadosamente. Experiencias han demostrado que la fibra de vidrio (FRP)(21)
es un material conveniente para la construcción de estas unidades ya que tiene alta
resistencia a la corrosión y no es de gran costo desde el punto de vista económico.
En caso de ser necesario, es posible cubrir el interior de la torres con capas de plástico
o con alguna aleación resistente a la corrosión, ya que el contacto del material de las
paredes con los líquidos y los gases corrosivos pueden deteriorar el material y esto
podría intervenir en la eficiencia del proceso.
Tener problemas con el material de construcción afecta a la eficiencia del proceso ya
que daños en la estructura de la torre no permiten que puedan ser utilizadas ante
alguna emergencia para realizar el proceso de neutralización.
48
4.2.7 Tipo de Relleno
El relleno de una torre es el medio en el cual ocurre el proceso de neutralización. En
general las torres de neutralización son rellenadas en su interior, para tener mayor
superficie de contacto entre el líquido neutralizador y el gas contaminado.
Para asegurar una eficiencia en la operación de transferencia de masas, el relleno
escogido debe ser resistente a la corrosión y tener alta eficiencia en este proceso. El
tipo de relleno es generalmente elegido según el grado de corrosión de la corriente de
gas que circula a través de él. En particular los rellenos fabricados en materiales de
plástico, como es el caso del polipropileno, tienen una gran resistencia a la corrosión y
hoy en día es usado como medio de contacto para gases con alto grado de corrosión.
La conveniente elección del relleno reduce problemas y costos de mantenimiento del
sistema. Como el relleno es el medio donde se realiza la remoción de los contaminantes
del gas es necesario seleccionar el tipo adecuado según las propiedades del sistema, el
tipo de contaminante a tratar, la solución neutralizadora, etc.
Otros factores para determinar el tipo de relleno a utilizar son las condiciones de llenado
de la torres, el desgaste de los rellenos, la rotura de ellos al interior de la unidad, la
facilidad en la reposición, etc.
Los tipos de relleno disponibles en el mercado tienen una variedad de formas y son
hechos de materiales como plástico, polipropileno, metal, acero, entre otros. En la figura
4.1 se muestran algunos de los diferentes tipos de materiales de relleno de las torres.
49
Figura 4.1: Tipos de Rellenos
Dado que le material de relleno tiene gran importancia en el proceso de transferencia
de masas, es que según el tipo de relleno elegido es que se tendrán distintas
condiciones de diseño. En la tabla 4.3 se muestran los factores de diseño de cada uno
de los tipos de relleno mostrados en la figura 4.1:
Tabla 4.3: Datos según el Tipo de Relleno
Tipo de Parking Tamaño [in] Peso [lb/ft3] Área Superficial
[ft2/ft3] Fracción de vacío
[%] Factor de
Packing, F [ft2/ft3]
Aros Rasching (cerámica y porcelana)
1.0
1.5
2.0
3.0
44
42
38
34
58
36
28
19
70
72
75
77
155
95
65
37
Aros Rasching (acero)
1.0 × 1/32
2.0 × 1/16
40
38
63
31
92
92
115
57
Berl Saddles (cerámica y porcelana)
1.0
2.0
48
38
79
32
68
75
110
45
Intalox Saddles (cerámica)
1.0
2.0
44
42
78
36
77
79
98
40
Intalox Saddles (plástico)
1.0
2.0
3.0
6.0
3.8
3.3
63
33
27
91
93
94
30
20
15
Pall Rings (plástico)
1.0
2.0
5.5
4.5
63
31
90
92
52
25
Pall Rings (metal) 1.5 × 0.03 24 39 95 28
Telleretes 1.0
2.0
3.0
7.5
3.9
5.0
55
38
30
87
93
92
40
20
15
50
El dimensionamiento de una torre de neutralización depende claramente del tipo de
relleno utilizado. Por lo tanto el elegir un tipo de material de relleno adecuado nos
permitirá dimensionar correctamente la unidad, y así no perjudicar la eficiencia del
proceso.
4.2.8 Mantenimiento
Las torres de neutralización normalmente requieren un alto costo de mantenimiento
comparado con otros sistemas de neutralización. Esto es porque las unidades del
sistema como son por ejemplo: el relleno, los extractores, las bombas, etc. requieren
mantenimientos periódicos para que funcionen según lo especificado en el diseño.
Es necesario remover continuamente partículas sólidas que se van acumulando en el
sistema, ya que estas producen cierto grado de obstrucción en las unidades, lo que trae
consigo disminución en la eficiencia del proceso.
En el caso del relleno es conveniente realizar lavados continuos del material y si es
necesario descartar las unidades de relleno que estén muy utilizadas y reemplazarlas
por unidades nuevas.
Para tener el control regular de éstas unidades del sistema, es necesario implementar
sistemas de alarmas que indiquen si existe alguna falla en ellas. Dentro de estos
sistemas de alarmas están:
• Alarma sobre el flujo de la solución neutralizante y/o una alarma de falla sobre la
bomba de impulsión de ésta.
• Alarma sobre la presión de succión de los extractores y/o implementación de un
sistema de detención automática sobre ellos.
• Alarma sobre la diferencia de presión en las torres de absorción.
• Alarma de subida de temperaturas que deben ubicarse en los lugares por donde
circula el reactivo, es necesario considerar un balance de calor en estos puntos.
• Un detector de cloro en la salida de la torre de absorción, desde donde se emite el
gas ya tratado.
51
En conclusión el mantenimiento regular permite que cada unidad esté funcionando
según lo esperado y no existan problemas que hagan decaer la eficiencia del sistema.
4.2.9 Razón Líquido-Gas
Para un gas de alta solubilidad, tener una cantidad de líquido inapropiada en el sistema
puede dar como resultado una porción seca en la capa de relleno y con esto la
absorción entre el líquido y el gas cesará. Esta situación es indeseable ya que la
absorción sólo ocurre cuando la capa de relleno esta completamente cubierta por la
solución. Además es necesario contar con un caudal de gas adecuado para ayudar a
prevenir la situación de rebalse en la torre. Por lo tanto la razón entre el líquido y el gas
es otro factor que afecta la eficiencia del sistema.
La razón líquido gas, como se mencionó anteriormente se determinó a partir del
balance de masas del sistema (3-9).
En la práctica experiencias han demostrado que la razón líquido-gas para la operación
de neutralización debe ser mayor en un 20% a un 50% del mínimo valor calculado
teóricamente (21). Este valor garantiza la cantidad suficiente de líquido para mantener
todo el relleno cubierto por la solución sin alcanzar el punto de inundación.
4.2.10 Efectos del calor
En general los efectos del calor en los sistemas de neutralización utilizando torres a
contracorriente son omitidos, ya que se asume que existe una condición de igual
temperatura al interior de la torre.
La generación de calor en este tipo de sistemas abarca el calor generado en la reacción
química entre la solución y los contaminantes gaseosos, el calor de la evaporación, de
la condensación del gas y el líquido, el calor producido en la mezcla, etc.
52
La generación de calor en el proceso provoca un alza en la temperatura con lo cual se
reduce la tasa de absorción y además puede causar daño a los equipos que conforman
la unidad.
4.3 Expresiones para determinar la Eficiencia en la Remoción de Contaminantes
Para determinar la eficiencia de una torre de neutralización es necesario conocer la
información que entrega la curva de equilibrio entre gas y líquido, del contaminante y de
la solución neutralizadora que se utilizará en el sistema. La curva de equilibrio indica la
relación de absorción del gas con la solución asociada en su condición de equilibrio.
Para calcular la eficiencia de remoción teóricamente en un sistema de neutralización,
parámetros como el caudal de contaminante gaseoso, la concentración del
contaminante, la composición del gas y las propiedades requeridas según el diseño
para el gas contaminado y la solución neutralizadora, deben ser conocidos con
anterioridad.
En general la predicción de la eficiencia del sistema depende de dos parámetros:
• El número de unidades de transferencia (NTU)
• El factor de absorción
Es necesario asumir una serie de condiciones para simplificar el cálculo de la eficiencia
en el sistema, entre las cuales están:
− El comportamiento de la corriente de aire contaminado y de la solución será ideal.
− Los efectos del calor en la absorción del gas serán insignificantes por lo tanto se
cumple la condición de igual temperatura en toda la torre.
− La velocidad del gas y de la solución será constante a través del relleno.
− Se asume que no existirá evaporación de la solución neutralizadora durante
proceso.
53
Una expresión para determinar la eficiencia del sistema en función de la concentración
de entrada y salida del contaminante es la siguiente:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
in
out
YY
1η (4-1)
Donde:
η : Eficiencia de la torre de neutralización.
inY : Concentración de entrada del contaminante [ppm].
outY : Concentración de salida del contaminante [ppm].
Esta expresión en general se usa para determinar la eficiencia de remoción para un
contaminante en particular. Esta eficiencia es usada como pauta para que la torre de
neutralización diseñada alcance ese valor en la remoción.
Existen más expresiones para determinar la eficiencia de un sistema de neutralización
utilizando torres a contracorriente, un ejemplo de esto es la expresión propuesta por
Fthenakis en el año 1996 (21):
( )( ) ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+⋅−⋅
+⋅−⋅−=
11
211
2211
cccmccccmη (4-2)
( )BBLGc −= 11 (4-3)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
=
AF
AFc
e 1
112
λ (4-4)
Donde:
η : Eficiencia de la torre de neutralización.
m : Pendiente de la curva de equilibrio.
54
G : Caudal de gas [Kg/s].
B : Razón entre el flujo de entrada y el flujo de líquido.
L : Caudal de líquido [Kg/s].
AF : Factor de absorción.
λ : Función.
mGLAF = (4-5)
Donde:
L : Caudal de líquido [Kg/s].
m : Pendiente de la curva de equilibrio.
G : Caudal de gas [Kg/s].
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−⋅=
AFNTU 11λ (4-6)
Donde:
AF : Factor de absorción.
NTU: Número de unidades de transferencia.
En el caso de este estudio la expresión que se utilizó para determinar la eficiencia del
sistema fue la expresión (4-1), que relaciona solamente las concentraciones de entrada
y salida del contaminante en la fase gaseosa.
4.4 Dimensionamiento de una Torre de Absorción.
Como fue explicado anteriormente, en el diseño de una torre de absorción hay que
considerar una serie de parámetros que es necesario determinar de acuerdo a los
requerimientos de remoción, cumpliendo con la eficiencia calculada anteriormente.
55
Para éste estudio se trabajó con una eficiencia del 90% de remoción por cada pasada
en una torre de absorción y a partir de ese valor se determinaron cada uno de los
parámetros de diseño.
Para determinar el valor de las dimensiones de una torre de absorción, es necesario
seguir una serie de pasos, según las recomendaciones de Eurochlor (9), en al año 2004,
los que se enumeran a continuación:
1. Selección del tipo de relleno de la torre. El tipo de relleno elegido para el diseño de la Torre de Neutralización corresponde a
Anillos Pall de polipropileno, de tamaño 1’’.
El anillo Pall es un cilindro con paredes ranuradas y costillas internas, siendo de igual
diámetro y altura. Estos anillos son fabricados en polipropileno y se encuentran
disponibles en las siguientes medidas standard: 1’’, 1.5’’, 2’’ y 3’’.
El diseño de pared abierta del anillo Pall mantiene la distribución inicial y permite que
ambas áreas, interior y exterior, sean activas en el proceso de contacto del líquido con
el gas.
En la figura 4.2 se muestra el diseño de un anillo Pall:
Figura 4.2: Anillo Pall
Este tipo de relleno posee mayor capacidad en comparación con otros tipos de rellenos,
como es el caso de los anillos Rashing y los rellenos del tipo “Montura”, estudios han
56
demostrado que las capacidades, usando anillos Pall, son superadas en un 80% y 40%
respectivamente.
En la actualidad el polipropileno utilizado como material en la fabricación de material de
relleno, ha reemplazado ampliamente a la cerámica y al metal en muchas operaciones
de absorción.
Entre otras de las ventajas comparativas de este tipo de relleno se encuentran:
• La instalación de este tipo de material de relleno no requiere de extremo cuidado,
como es el caso de la instalación de material de cerámica. El relleno de la torre
puede realizarse rápidamente por vaciado en seco, puesto que no hay peligro de
rotura de los anillos y por lo tanto no es necesario tomar precauciones
especiales. El tiempo de instalación se reduce a un décimo del tiempo utilizado
en instalar anillos de cerámica.
• Este tipo de material de relleno puede ser limpiado fácilmente “in-situ”.
• No existen grandes roturas en el material, por lo mismo la acumulación en ellos
es mínima, lo que se traduce en bajas caídas de presión con lo que las torres
pueden operar al máximo de su capacidad y eficiencia.
Si bien el material de relleno elegido para este estudio correspondió a los Anillos Pall,
también se realizó el dimensionamiento utilizando otro tipo de relleno, del tipo montura,
Instalox Saddle, de tamaño 1’’. Se eligió este tipo de material de relleno para comparar
con el anillo Pall, ya que eran del mismo material y ambos tenían la misma área
superficial.
En la Tabla 4.2 y en el ANEXO DIGITAL, se especifican las características de cada uno
de los materiales de relleno elegidos y los valores obtenidos.
57
2. Seleccionar el caudal de gas y líquido. Como se mencionó en un punto anterior, la razón líquido gas es uno de los factores de
importancia en el proceso, y por lo tanto de importancia en el diseño de la unidad. Es
por esto que es necesario determinar este valor según la eficiencia requerida y según
las especificaciones de la normativa existente en el tema.
En primer lugar la cantidad de gas a tratar se determinó de acuerdo a lo establecido en
el Real Decreto 379/2001 ITC MIE APQ-3, Almacenamiento de Cloro, donde se indica
en el Artículo 20: “Cuando se trate de almacenamientos al interior de un edificio cerrado
se asegurarán, cuando menos, diez renovaciones por hora del aire interior”. Junto con
la indicación del Real Decreto se estableció un volumen de la instalación de cloración
adecuado para el almacenamiento de contenedores de una tonelada.
Con el valor mínimo de renovaciones entregado por normativa y considerando un
volumen de la instalación, adecuado para almacenar un contenedor de una tonelada, se
determinó el caudal de gas que se extraerá de la instalación de cloración, luego de una
fuga de cloro gas.
A su vez la concentración de entrada del gas contaminado, como se mencionó
anteriormente, dependerá de la evaporación rápida inicial que ocurra al momento de la
fuga. Ésta evaporación se determinó utilizando la expresión (3-1).
Para obtener la cantidad de líquido necesaria para tratar el flujo de gas contaminado, se
utilizó el balance de masas del sistema, el que quedó determinado por la expresión (3-
9) y junto con ella se utilizó la relación simplificada de la Ley de Henry, expresión (3-6),
para determinar la concentración del contaminante en el líquido.
Juntando ambas expresiones se obtiene lo siguiente:
( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −⋅=⇔=−
1
21121 Y
YYH
GL
HY
YYLG
m
m
m
m (4-7)
58
A partir de la relación (3-9), se determinó la relación L/G, y finalmente conociendo el
caudal de gas a tratar se determinó el caudal de líquido requerido por el sistema. En el
punto 4.2.4, se mencionó la importancia de ponderar por un factor de seguridad el valor
del caudal de líquido obtenido teóricamente, y es por esto que para éste estudio se
consideró un factor de seguridad FS=2, para asegurar la cantidad de líquido en caso de
una emergencia.
Los valores obtenidos para el caudal volumétrico de gas y de líquido, fueron los
siguientes:
QG [m3/s] 0,6 QL [m3/s] 0,003
Los cálculos realizados se encuentran disponibles ANEXO DIGITAL: Diseño de Torres
de Neutralización.
En el ANEXO C, se encuentra disponible un Diagrama de Bloques, donde se
especifican los pasos para determinar el valor del caudal de solución.
3. Determinar el porcentaje del punto de inundación en el que operará el sistema.
El porcentaje de punto de inundación que se consideró en el diseño del sistema de
Neutralización correspondió a un 60%. El valor se determinó a mediante el rango
utilizado comúnmente el cual varía entre un 50% y un 75% del punto de inundación.
4. Calcular el diámetro interno de la torre. El diámetro interno de la torre de absorción se obtuvo a partir del valor del área de la
sección transversal de la torre. El valor del área es función del una serie de factores y
características físicas del líquido y del gas que intervienen en el proceso.
Existe una correlación propuesta por Sherwood Hollaway (18), con la cual a partir de la
razón L/G, las densidades del líquido y el gas, la caída en presión en la que operará el
sistema, entre otros, es posible determinar el valor del área. En la figura 4.3 se muestra
la correlación de Sherwood Hollaway y las expresiones utilizadas en el cálculo:
59
Figura 4.3: Correlación Sherwood Hollaway
En primer lugar, para determinar el área de la sección transversal de la torre, se calculó
el valor de la abscisa en la curva de Sherwood Hollaway, el que esta dado por la
siguiente expresión:
l
g
GLAbscisa
ρρ
⋅⎟⎠⎞
⎜⎝⎛= (4-8)
Donde:
G: caudal másico de gas [Kg/min].
L: caudal másico de líquido [Kg/min].
ρg: densidad del flujo de gas [Kg/m3].
ρl: densidad del líquido absorbente [Kg/m3].
El segundo lugar, se determinó la caída en presión del sistema, una alternativa era usar
la expresión entregada por Kister y Gill (1991) (18):
7.0115.0 pflood FP ⋅=Δ (4-9)
60
Donde:
floodPΔ : caída de presión
Fp: factor del relleno.
Como se puede observar en la expresión (4-9), la caída en presión es sólo función del
material de relleno utilizado en el sistema.
Otra alternativa para ingresar a la correlación de Sherwood Hollaway era considerar el
punto de inundación del sistema, que corresponde a la curva con línea punteada de la
figura 4.3 (Flooding Line).
Obtenido el valor de la caída en presión, se obtuvo el valor de la ordenada en la curva
de Sherwood Hollaway, dado por la siguiente expresión:
( )clg
p
gFG
Ordenada⋅⋅
⋅⋅⋅=
ρρμφ 2.02*
(4-10)
Donde:
G*: Caudal de gas en el punto de rebalse por unidad de área [Kg/m2/s].
Fp: Factor del Packing (Tabla 4.2).
φ: Razón entre la gravedad específica del agua y del líquido absorbente.
μ: Viscosidad del líquido [Kg/m/s].
ρg: Densidad del gas [Kg/m3].
ρl: Densidad del líquido [Kg/m3].
gc: Aceleración gravitacional, [m/s2].
Luego de obtener el valor de G*, se determinó el caudal de operación del gas, este valor
se determinó a partir del porcentaje de la velocidad de inundación en el que operará
en sistema, el rango de este valor es entre un 50% y 70%. En particular en este estudio
se trabajó con un promedio de ambos valores, por lo tanto se trabajo en un 60% del
punto de inundación. La expresión para determinar el valor de Gop es la siguiente:
61
fGGop ⋅= * (4-11)
Donde:
Gop: caudal de operación del gas por unidad de área [Kg/m2/s].
f : porcentaje de velocidad en el punto de inundación (60%).
Finalmente se obtuvo el valor del área y por ende el valor del diámetro de la torre a
partir de:
GopGÁrea = (4-12)
πÁreaDiámetro ⋅
=4 (4-13)
Como se mencionó anteriormente el valor del área de la sección transversal de la torre
no debe ser tan pequeña, ya que ocurre un aumento de la velocidad y los espacios
vacíos quedan completamente ocupados con lo que se pierde eficiencia en la mezcla
del líquido y el gas en el material de relleno. Es por esto que se consideró un valor
mínimo del diámetro de 0,8 m, para asegurar un buen funcionamiento del proceso de
neutralización.
El valor del diámetro obtenido utilizando como material de relleno los Anillos Pall, es el
siguiente:
D torre [m] 0,80
En el ANEXO D, se encuentran disponibles las tablas de resultados en relación a la
determinación del diámetro de la Torre de Absorción y en el Diseño de Torres de
Neutralización (ANEXO DIGITAL), se especifican los procedimientos para el cálculo del
área transversal de la torre y junto con eso se muestran los resultados obtenidos para
los dos tipos de rellenos estudiados.
62
5. Calcular el aumento de temperatura al interior de la torre. Dentro del sistema, como se indicó anteriormente, se consideró temperatura
homogénea al interior de la Torre, por lo tanto se omitieron subidas de temperatura y el
diseño de la torre de absorción se realizó con una temperatura de operación de 25°C,
valor considerado como apto para el buen funcionamiento del sistema y junto con eso
considerado muy por debajo del valor máximo de temperatura establecido (55°C) (9).
6. Seleccionar la cantidad total de solución absorbente a almacenar en el sistema.
El sistema contará con un estanque almacenador de Soda Cáustica, el estanque
almacenará la cantidad de solución determinada teóricamente considerando el factor de
seguridad mencionado en el paso 2. Los resultados obtenidos se encuentran
disponibles en el ANEXO D y el diseño del estanque contenedor de soda cáustica se
adjunta en el Diseño de Torres de Neutralización (ANEXO DIGITAL).
7. Calcular la concentración del absorbente al final del proceso. La concentración final del absorbente al momento de dimensionar la unidad, es
determinada a partir de la relación de Henry simplificada, expresión (3-6), la cual
relaciona la constante de Henry adimensional, propuesta por Rolf Sander, en 1999 (20),
y la concentración de entrada del contaminante en la fase gaseosa. En el anexo A se
muestran los valores de las constantes de Henry obtenidos para diferentes autores.
De acuerdo a la eficiencia en la remoción para los tres escenarios propuestos, con
recirculación, sin recirculación y utilizando torres en serie, se determinó el tipo de
sistema utilizado. En este caso por razones tanto de eficiencia como de costos, se
diseño con sistema de recirculación, esto implica que la soda pasará más de una vez
por la torre de absorción y por lo tanto la concentración de NaOH en la solución
decaerá y la concentración de los contaminantes en el líquido neutralizador aumentará.
En el ANEXO D, se encuentran disponibles los resultados obtenidos en relación a la
concentración de los contaminantes en la solución a la salida del sistema. A su vez en
el ANEXO DIGITAL, se encuentra disponible el procedimiento realizado para obtener
éste valor.
63
Junto con lo anterior, en el ANEXO C, se encuentra un diagrama de bloques, donde se
especifican los pasos a seguir para determinar el valor del Área de la sección
transversal de la Torre de Absorción.
8. Calcular la altura de la capa de relleno. Finalmente y luego de conocer el diámetro de la torre de absorción se calculó la
profundidad del relleno a partir de los siguientes parámetros: el número de unidades de
transferencia (NTU) y de la altura de transferencia (HTU), donde la multiplicación de
ambos valores entrega el valor de la altura total de la capa de relleno (Z).
Por definición NTU es una medida de la dificultad de separación del gas, mientras que
HTU es la medida de la eficacia, de un tipo de relleno en particular, de separación de un
gas.
Por lo tanto y como se mencionó anteriormente, la expresión más simple para
determinar la profundidad del relleno es:
NTUHTUZ ⋅= (4-14)
Donde:
Z: Altura del relleno [m].
HTU: Altura unidades de transferencia [m].
NTU: Número de unidades de transferencia (adimensional).
La altura de las unidades de transferencia (HTU) está definida como una función del
caudal de gas, del coeficiente de transferencia de masas, del área superficial del
material de relleno y de la presión del sistema de neutralización. El número de unidades
de transferencia (NTU) es una función de la concentración del contaminante que entra y
sale de la capa de relleno.
64
Davis, en el año 1999 (21), determinó las expresiones para la altura de la unidad de
transferencia (HTU) y para el número de unidades de transferencia (NTU):
G
m
aAKG
HTU = (4-15)
Donde:
HTU: Altura de las unidades de transferencia [m].
G: Caudal del gas [m3/s].
a: Área superficial del relleno por unidad de volumen de la cama de relleno [m2/m3]
(Tabla 4.2).
A: Área transversal de la torre [m2].
KG: Coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa [m/s]
Davis en 1999 determinó otra alternativa para determinar la altura general de las
unidades de transferencia, es considerando en particular la altura de transferencia
referida a las películas de gas y de líquido.
Lm
mG HTU
LG
mHTUHTU ⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= (4-16)
Donde:
HTUG: HTU de la película de gas [m].
HTUL: HTU de la película de líquido [m].
m: pendiente de la línea de equilibrio.
Gm: caudal molar de gas [gr-mol/min]
Lm: Caudal molar de líquido [gr-mol/min]
Las alturas de unidad de transferencia de las películas y de líquido pueden ser
determinadas a partir de las siguientes expresiones:
65
x
mL aAk
LHTU = (4-17)
y
y
mG aAk
GHTU = (4-18)
Reemplazando las expresiones (4-17) y (4-18) en la expresión (4-16), se obtuvo la
siguiente relación:
L
m
m
m
G
m
aAKL
LG
maAKG
HTU ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+= (4-19)
Donde:
a: Área superficial del relleno [m2/m3].
A: Área de la sección transversal de la torre [m2].
kG: Coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa [m/s].
kY: Coeficiente de transferencia de masa en la fase líquida [m/s].
El en ANEXO B, se indica el procedimiento para determinar los coeficientes de
transferencia de masa en cada uno de los estados, kG y kY.
El resultad obtenido para la Altura de las Unidades de Transferencia (HTU), fue:
HTU [m] 0,3
En particular en éste estudio se utilizó la expresión (4-19) para determinar el valor de
HTU, el cálculo para obtener el valor de HTU, se encuentra disponible en el Diseño de
Torres de Neutralización (ANEXO DIGITAL).
Por otro lado, como se mencionó anteriormente, Davis (1999) propuso otra expresión
para determinar el número de unidades de transferencia (NTU), dentro de estas
expresiones se encuentra:
66
∫ −=
in
out
Y
Y yydyNTU
)( * (4-20)
Donde:
NTU: Número de unidades de transferencia.
yin: Concentración de entrada del contaminante [ppm].
yout: Concentración de entrada del contaminante [ppm].
y*: Concentración del gas en el equilibrio [ppm].
Junto con la expresión de Davis (1999) (21), existen otras expresiones para determinar
el valor del número de unidades de transferencia del sistema, para bajas
concentraciones del contaminante. Como es el caso de la expresión propuesta por
Joseph et al. (1998):
m
m
m
m
m
m
LmG
LmG
LmG
mXYmXY
NTU−
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−
=1
1ln22
21
(4-21)
Donde:
Y1: Fracción molar del contaminante en fase gaseosa que ingresa al sistema.
m: Pendiente de la línea de equilibrio.
X2: Fracción molar del contaminante en fase líquida que ingresa al sistema
Y2: Fracción molar del contaminante gaseoso que sale del sistema.
Gm: Caudal molar del gas [Kgmol/hr].
Lm: Caudal molar del líquido [Kgmol/hr].
Otra alternativa de calcular el número de unidades de transferencia es resolviendo
gráficamente la expresión (4-21) mediante un diagrama propuesto por Colburn, figura
4.4:
67
Figura 4.4: Diagrama de Colburn
En la figura 4.4, se puede observar que el valor de la abscisa está dado por a siguiente
expresión:
22
21
mXYmXYAbscisa
−−
= (4-22)
Donde:
Y1: Fracción molar del contaminante gaseoso que ingresa al sistema.
m: Pendiente de la línea de equilibrio.
X2: Fracción molar del contaminante líquido que entra al sistema
Y2: Fracción molar del contaminante gaseoso que sale del sistema.
Finalmente, la figura 4.4 muestra que el valor de la ordenada representa el número de
unidades de transferencia de la torre de neutralización.
Otra alternativa de determinar el número de unidades de transferencia en una torre de
absorción es cuando se está en presencia de gases muy solubles, ya que en esa
situación es posible simplificar la expresión (4-21), ya que el soluto en esta condición
prácticamente no presentará presión parcial, y así, la pendiente de la línea de equilibrio
tiende a cero (m → 0). Para éste caso se tendrá la siguiente expresión simplificada:
68
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
2
1lnYY
NTU (4-23)
Donde:
Y1: Fracción molar del contaminante gaseoso que ingresa al sistema.
Y2: Fracción molar del contaminante gaseoso que sale del sistema.
En éste caso, el número de unidades de transferencia depende sólo de las
concentraciones de entrada y salida del contaminante en el sistema. Es importante
señalar que esta expresión solo puede ser usada cuando la línea de equilibrio es recta
y la pendiente tiende a cero (m → 0).
Como se mencionó anteriormente la altura del relleno está muy relacionada con la
eficiencia del proceso. Es decir a medida que aumenta la altura aumenta la eficiencia
del sistema. Es por esto que es necesario considerar una altura mínima de la capa de
relleno para que el sistema realmente sea de ayuda en el tratamiento de
contaminantes. El valor que se consideró como Hmin de la capa de relleno fue de 0,9 m.
En particular para el diseño de una torre de neutralización en una instalación de
cloración en contenedores de 1 tonelada, se utilizó la expresión (4-21) para determinar
el valor de NTU.
El resultado obtenido para el Número de Unidades de Transferencia (NTU) fue:
NTU 2,6
Finalmente obtenido el valor de HTU y NTU, fue posible determinar la altura de la cama
de relleno, y el resultado obtenido fue el siguiente:
Z Relleno [m] 0,9
69
Los cálculos realizados para obtener la altura total de la cama de relleno se encuentran
disponibles en el Diseño de Torres de Neutralización (ANEXO DIGITAL).
9. Altura y Superficie total de la Torre de Absorción. A partir del valor de la altura de la capa de relleno calculada en el punto anterior, se
determinó la altura total de la torre, usando la siguiente expresión, válida para H relleno
entre 0,6 m y 3,65 m (3):
81,202,140,1 +⋅+⋅= torrerellenototal DHH (4-24)
Al valor entregado por la expresión (4-24) es necesario agregarle un valor
correspondiente a elevación, para que la altura de la Torre quede sobre la altura de los
estanques de Soda Cáustica, de modo que la devolución de residuos ocurra por
gravedad. La elevación considerada en este estudio fue de 2,0 m.
El resultado obtenido para la altura total de la Torre de Neutralización diseñada fue:
H total [m] 6,8
Los resultados obtenidos, para el cálculo de la altura total de la torre se encuentran
disponibles en el ANEXO D.
En el ANEXO C, se encuentra disponible un Diagrama de Bloques donde se especifican
los pasos a seguir para determinar el valor de la Altura Total de la Torre de Absorción.
Por otra parte con la altura total de la Torre de Absorción, se determinó la superficie
total de la Torre a través de la siguiente expresión (3):
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +⋅⋅=
2DHDS torreπ (4-25)
70
El resultado obtenido para la superficie total de la Torre de Neutralización fue:
S total [m2] 18,2
Los cálculos realizados para obtener la altura y superficie total se encuentran
disponibles en el ANEXO DIGITAL.
4.5 Unidades que componen una Torre de Neutralización
Como se mencionó al final del capítulo 2, los elementos de los que consta una Torre de
Neutralización son los siguientes:
• Distribuidor de Líquido.
• Eliminador de Gotas.
• Material de Relleno.
• Bandejas Soportantes del Relleno.
Según los parámetros calculados en los puntos anteriores, es posible determinar las
características de los elementos de los que consta una Torre de Neutralización.
Si bien dentro de los elementos nombrados está el material de relleno, en este punto no
serán mencionados ya que todas las características del material fueron determinadas
en puntos anteriores, ya que son de suma importancia para el diseño de la Torre de
Neutralización.
4.5.1 Distribuidor de Líquido Como se mencionó anteriormente, uno de los requerimientos para lograr una buena
eficiencia del sistema es utilizar distribuidores de líquido para que así el líquido pueda
ser distribuido uniformemente al material de relleno, evitando la formación de vías
preferenciales cuando pasa el líquido a través del relleno.
71
El distribuidor de líquido se utiliza para evitar que se formen vías preferenciales en la
capa de relleno.
Existen distintos tipos de distribuidores, dentro de los tipos más utilizados están: los de
canaletas de rebalse, los de tubos perforados y los de boquillas de aspersión.
En los distribuidores de líquido de canaletas de rebalse, el líquido es introducido a las
canaletas, las que tienen pequeños vertederos, en forma de V, en la parte superior, por
donde de derrama la solución neutralizadora hacia la cama de relleno.
Los distribuidores de líquido de tubos perforados proveen de una buena distribución, sin
embargo los orificios de los tubos, por donde se elimina la solución, tienden a obstruirse
con facilidad.
Los distribuidores de líquido formados por boquillas de aspersión, operan mejor con
pocas boquillas de mayor tamaño, que con muchas boquillas pero de menor tamaño,
esto se debe básicamente a que las boquillas de mayor tamaño son menos
susceptibles a obstruirse que las pequeñas.
En la figura 4.5, se muestran los tipos de distribuidores de líquido mencionados
anteriormente.
Figura 4.5: Distribuidores de líquido
72
En la tabla 4.3 se muestran algunas ventajas y desventajas de cada uno de los
distribuidores de líquido mencionados anteriormente.
Tabla 4.4: Ventajas y Desventajas de Distribuidores de Líquido
Tipo de Distribuidor Ventajas Desventajas
Canales de Rebalse
• Mejor manejo para soluciones con alto contenido de sólidos.
• Pueden ser utilizados con soluciones no filtradas.
• Fácil chequeo y mantenimiento, ya que son de fácil acceso
• Mayor Costo ($). • No distribuye uniformemente
la solución como otros métodos.
Tubos Perforados
• Distribución uniforme de la solución.
• Pueden ser enterrados en la cama de relleno.
• Generalmente son de menor costo ($).
• De fácil obstrucción, se debe utilizar filtro.
• Difícil de determinar problemas en los orificios cuando se encuentra enterrada en la cama de relleno.
Boquillas de Aspersión
• Distribución uniforme del líquido.
• Fácil de chequear y mantener, por el fácil acceso.
• Altas caídas de presión y altos costos de operación.
• De fácil obstrucción, se debe utilizar filtro.
Fuente: Wet Film (Packet Tower) Scrubbers; 1998 (8)
El tipo de distribuidor utilizado en este estudio es de canales de rebalse.
4.5.2 Eliminador de Gotas La mayoría de los sistemas de absorción generan gotas producto de la salpicadura
desde el distribuidor de líquido, las que son arrastradas por la corriente de gas que
circula por el sistema luego de ser tratada.
Es necesario eliminar las gotas que se forman antes que la corriente de gas abandone
la torre de absorción, ya que cualquier tipo de sólido suspendido, sólido disuelto y las
mismas gotas que se forman en el proceso, pueden causar daños a la salida del
sistema.
Los eliminadores de gotas se ubican en el lugar donde se produce la salida del aire
desde la torre de absorción.
73
El diseño especial de los eliminadores de gotas permite capturar gran parte de las gotas
que son arrastradas por la corriente de aire. Un típico eliminador de gotas entrega
múltiples cambios de dirección del flujo de aire previniendo el escape por arrastre.
En general el tamaño de las gotas, formadas en el proceso, va en un rango de 200 a
1000 micrómetros. Como es de suponer las gotas de mayor tamaño son más fáciles de
eliminar de la corriente de gas mientras que para eliminar las gotas de menor tamaño,
es necesario contar sistemas que funcionen como medio de impacto o como centrifuga
para la corriente de gas.
Los tipos más comunes de eliminador de gotas utilizados en procesos de absorción
son:
• Contenedor Ciclónico:
El eliminador de gotas de contenedor clónico tiene una entrada tangencial y opera
como un ciclón de gran diámetro. Dependiendo de la velocidad del gas, la corriente de
gas girará de a una y media o dos revoluciones antes de ser descargada.
La remoción de gotas en éste eliminador dependerá de la velocidad en que opere, para
velocidades extremas, muy bajas o muy altas, la remoción es baja, cuando se opera a
una velocidad parecida a la velocidad de diseño de la unidad, se obtiene una buena
remoción. Dado que la corriente de gas se mueve rápidamente, en ocasiones es
necesario instalar un dispositivo anti-vórtices en la chimenea para evitar las condiciones
de ciclón con las que es descargada la corriente de aire.
• Aspa Radial:
En este tipo de eliminador de gotas la corriente de gas que acarrea a las gotas es
forzada a pasar a través de una serie de aspas que giran, ubicadas en la parte superior
de la torre. El impacto de las gotas ocurre en las aspas cuando el gas pasa a través del
eliminador de gotas.
Un ejemplo de un Eliminador de Gotas de Aspas Radiales se muestra en la figura 4.6.
74
Figura 4.6: Eliminador de Gotas de Aspas Radiales
• Malla de Almohadillas:
El eliminador de gotas del tipo de malla de almohadillas está entrelazado
aleatoriamente por fibras de metal.
Las almohadillas son de unas 6 pulgadas de grosor y existe un límite para la velocidad
máxima del gas a la entrada del eliminador. La velocidad máxima depende de la
densidad de la malla, del material de construcción y de la densidad del gas. La
velocidad máxima de la corriente de gas está alrededor de las 3,7 m/s.
Cuando las almohadillas ya han sido entrelazadas con las fibras sintéticas, ésta sirve
como medio de impacto de las gotas que arrastra la corriente de gas.
Este tipo de eliminador está formado por capas, donde la capa de entrada tendrá los
tejidos un poco más abiertos y las capas del medio y las de salida tendrán el tejido más
compacto para mejorar la eficiencia en la remoción de las gotas arrastradas por la
corriente de gas.
En la figura 4.7 se muestra un ejemplo de este tipo de eliminador de gotas:
75
Figura 4.7: Eliminador de Gotas de Malla
• Chevron:
El eliminador de gotas del tipo Chevron está compuesto por una serie de placas en
forma de V, puestas en forma perpendicular a la dirección de la corriente del gas, que
fuerzan al gas a girar bruscamente mientras éste está pasando a través del eliminador
de gotas. A su vez las gotas son recolectadas en estas placas para que luego caigan
hacia el material de relleno.
Este tipo de eliminador captura gotas desde un tamaño de 10 micras. Estudios han
demostrado que la eficiencia de este tipo de eliminador de gotas es de un 99,9% para
gotas de tamaño superior a 20 micras.
Algunos de los factores de diseño que afectan a la eficiencia están:
Separación entre las hojas: Para las gotas de menor tamaño, se minimiza el
espaciamiento entre las hojas para lograr una mejor eficiencia. En el caso de
ingresar sólidos junto con la corriente de gas, el espaciamiento amplio previene la
condición de taponamiento.
Número de hojas sucesivas: Mientras mayor sea el número de dobleces, mayor será
la eficiencia. Estudios han demostrado que se alcanza una mayor eficiencia cuando
se utilizan 4 o más dobleces, lo que corresponde a espesores del eliminador entre
8’’ y 12’’.
76
El valor óptimo del ángulo de inclinación, entre las caras del eliminador y la
corriente de gas, para optimizar la eficiencia del sistema es de alrededor 45°.
Para el buen funcionamiento del sistema existe un límite para la velocidad de paso del
gas a través del eliminador de gotas, ésta debe ser menor a 6 m/s. A altas velocidades
del gas, el líquido en las placas es impulsado hacia fuera del eliminador donde
reingresa a la corriente de gas. Las altas velocidades generalmente pueden ser
ocasionadas por el almacenamiento de sólidos entre las placas, en esta situación, el
aumento de velocidad ocurre en la porción del eliminador que no se encuentra
bloqueada al paso del gas.
En la figura 4.8, se muestra un eliminador de gotas del tipo Chevron:
Figura 4.8: Eliminador de Gotas tipo Chevron
En el estudio realizado se utilizó un eliminador del tipo Chevron, ya que estudios han
demostrado algunas ventajas sobre otro tipo de eliminadores de gotas, como es por
ejemplo el eliminador de gotas del tipo Malla. Dentro de éstas ventajas están:
Éste tipo de eliminador de gotas requiere de menor mantenimiento en
comparación con el eliminador de gotas del tipo mallas.
77
Debido al espaciamiento entre las placas, tienen una baja caída en presión. De
estudios se han obtenidos valores de caída en presión menores a una pulgada
columna de agua.
Son más resistentes ante cualquier daño producido bajo condiciones de altas
velocidades en el flujo.
4.5.3 Bandeja Soportante de Relleno
La bandeja soportante de relleno en una torre de absorción tiene dos funciones
principales:
Soportar la cama de relleno
Ayudar a la distribución del líquido y del gas al interior de la Torre.
Esta unidad tiene que ser resistente para soportar toda la capa de relleno. Otro punto
importante es que debe ser capaz de no interferir en la circulación del líquido y el gas,
por lo tanto está diseñada en forma enrejada, de manera de no impedir la circulación
del líquido y el gas al interior de la torre.
En la figura 4.9 se muestra un ejemplo de bandeja soportante de relleno:
Figura 4.9: Bandeja Soportante de Relleno
La bandeja soportante del material de relleno utilizada para éste estudio corresponde al
modelo de bandeja mostrada en la figura 4.9.
78
4.6 Diseño de Unidades que componen el Sistema de Neutralización
La solución eficiente para poder resolver el problema de las fugas de gas cloro en una
Instalación de Cloración, fue la implementación de un sistema de Neutralización
utilizando Torres a Contracorriente. Por lo tanto la unidad de neutralización consta de
más unidades, junto con considerar las propias torres que es donde ocurre el proceso,
dentro de las cuales están:
• Estanque de Soda Cáustica.
• Bombas de Elevación de Soda Cáustica.
• Extractores de Aire y Bocas de Succión.
• Sensores de Cloro.
Cada una de estas unidades se dimensionó según los caudales de gas y de líquido que
ingresarán al sistema en la situación más desfavorable.
4.6.1 Estanque de Soda Cáustica
El estanque de Soda Cáustica corresponde al contenedor de la solución absorbente en
el Sistema de Neutralización. Este estanque puede estar ubicado bajo la torre o al
costado de ella.
Las dimensiones del estanque de NaOH deben ser las adecuadas para almacenar el
volumen total de solución requerida para que el sistema funciones correctamente en la
peor situación.
El diseño del estanque de NaOH se realizó considerando el factor de seguridad, FS = 2,
mencionado anteriormente al determinar el caudal total de solución absorbente
requerida en el sistema.
Las dimensiones del estanque de almacenamiento de NaOH se determinan a partir de
los requerimientos de NaOH, para una fuga de gas cloro en un contenedor de 1000 Kg.
79
Los requerimientos de NaOH se determinan a partir de:
• El caudal másico de la fuga [Kg/min]
• La reacción química que ocurre en el proceso de Neutralización, en particular la
relación entre los pesos moleculares de NaOH y Cl2.
• El tiempo de fuga, considerando la fuga desde un contendor de 1000 Kg.
• La concentración de la solución de NaOH.
En el gráfico 4.1, se muestran los requerimientos de NaOH.
Gráfico 4.1: Requerimientos de NaOH al 20%.
Requerimientos NaOH
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
0 200 400 600 800 1000 1200
Gas Fugado [Kg]
NaO
H [m
3]
Las dimensiones obtenidas para el estanque de NaOH son:
h [m] 2 d [m] 2
Los cálculos del estanque de NaOH se muestran en el ANEXO DIGITAL.
El material de construcción del estanque de NaOH, dadas las características de la
solución que debe almacenar, debe ser resistente a la corrosión. Es por esto que se
recomienda la utilización del mismo material utilizado para la construcción de la Torre
de Absorción, que en este caso corresponde a FRP (Fibra de Vidrio).
80
Finalmente, y dado que se trata de una torre de medianas dimensiones, se recomienda
la ubicación del estanque por debajo de la torre.
En la figura 4.10 se muestra un ejemplo de estanque de NaOH al costado de una Torre
de Neutralización.
Figura 4.10: Estanque de NaOH separado de la Torre
En la figura 4.11 se muestra un ejemplo de estanque de NaOH bajo una Torre de
Absorción.
Figura 4.11: Estanque NaOH bajo la Torre
4.6.2 Bombas de Elevación de Soda Cáustica
Las bombas elevadoras de NaOH son las encargadas de hacer llegar la solución
neutralizadora desde el estanque almacenador hacia la parte superior de la torre, donde
posteriormente será distribuida hacia la cama de relleno.
81
El tipo de bombas más usado, en sistemas de absorción, son bombas del tipo
centrífugas. En estas bombas el líquido entra axialmente y es acelerado a través de un
rodete. Luego el líquido abandona el rodete radialmente, perdiendo velocidad y
aumentando la presión sobre éste.
Para asegurar el buen funcionamiento del sistema, es necesario contar como mínimo
con dos unidades, para evitar cualquier inconveniente en el funcionamiento de éstos
aparatos. Usualmente se cuenta con una bomba en funcionamiento y otra unidad stand
by.
Como se mencionó anteriormente es necesario realizar un chequeo periódico del
funcionamiento de estas unidades, ya que el funcionamiento incorrecto de ellas influye
directamente en la eficiencia del sistema.
En la figura 4.12 se muestra un ejemplo de bombas elevadoras:
Figura 4.12: Bomba Elevadora NaOH
El caudal a extraer por la bomba de elevación es de 0,4 m3/min.
4.6.3 Extractores de Aire y Bocas de Succión
Los extractores de aire son los encargados de ejercer la fuerza necesaria para extraer
el aire contaminado dentro de una instalación de cloración, para que luego se dirija
hacia la Torre de Neutralización, para su posterior tratamiento.
82
La extracción del aire se realizará según lo indicado en la norma NTP 430, donde se
recomienda como mínimo 10 renovaciones por hora en una instalación de cloración.
Los extractores de aire se ubicarán fuera de la instalación, en las cercanías de la torre
de neutralización, al final de los ductos que conducen el aire desde la instalación hasta
la torre.
En la figura 4.13 se muestra un ejemplo de extractores en un sistema de neutralización.
Figura 4.13: Extractor de Aire
Por otra parte las bocas de succión son unidades que se encuentran dentro de la
instalación de cloración y es por donde ingresa el gas contaminado al momento de ser
extraído, para luego transportarlo a través de ductos que lo conducen a la torre de
neutralización.
Dentro de una instalación de cloración con un número adecuado de bocas de succión,
ubicadas en las cercanías del suelo y a una cierta distancia entre ellas, para lograr
extraer toda la masa de aire contaminado de la instalación.
El material de construcción de las bocas de succión y de los ductos debe ser resistente
a los ataques provocados por los agentes contaminantes, como por ejemplo la
corrosión. Por esto se recomienda que el material de construcción de estas unidades
83
sea similar al utilizado en la construcción de la torre de neutralización, que para el caso
de este estudio, correspondió a FRP (Fibra de Vidrio).
En la Figura 4.14 se muestran ejemplos de bocas de succión en una instalación de
cloración.
Figura 4.14: Bocas de Succión
4.6.4 Sensores de Cloro Los sensores de cloro son utilizados para la detección de fugas de gas cloro en una
instalación de cloración. Se activan al detectar en las cercanías de su atmósfera
concentraciones elevadas de ciertos compuestos.
Existen distintos tipos de detectores de gas/vapor que operan según diferentes
principios. Dentro de estos tipos de sensores están:
• Sensores Catalíticos
• Sensores Eléctricos
• Sensores Químicos
En una instalación, los sensores deben estar localizados inmediatamente próximos a
los eventuales puntos de fuga a fin de obtener una respuesta rápida y consiguiente
notificación al personal que pueda verse afectado en el lugar. Cuando no es posible
predecir potenciales puntos de fuga, es necesario situar sensores a una cierta distancia
en toda la instalación para tener una mayor cobertura dentro de ella.
84
Dado que se quiere detectar fugas de cloro gas, estos sensores deben estar situados a
no más de 50 cm sobre el nivel del suelo, ya que el cloro gas, al fugarse, tiende a
almacenarse en las partes bajas, por ser más denso que el aire.
En la figura 4.15 se muestra un ejemplo de Sensor de Cloro.
Figura 4.15: Sensor de Cloro
En particular ante una fuga de gas cloro, los sensores se deberán activar para
concentraciones mínimas de 3 ppm.
85
5 Análisis de Eficiencia de Sistemas Neutralización La eficiencia en la remoción de contaminantes en un proceso de Neutralización
dependerá del escenario en que se trabaje. Existen en particular tres escenarios
característicos en un Proceso de Neutralización utilizando Torres de Absorción a
Contracorriente. Estos escenarios son:
• Utilizando Torres Sin Recirculación
• Utilizando Torres Con Recirculación
• Utilizando Torres en Serie
Cada uno de estos escenarios tiene sus propias características y la elección de uno de
ellos dependerá de los resultados obtenidos en términos de eficiencia en la remoción,
en los costos asociados, etc.
En éste estudio se analizó cada uno de los escenarios propuestos, realizando
simulaciones del proceso al momento de una fuga de un contenedor de cloro gas de
1000 kg, con una eficiencia de remoción por pasada de un 90%. Se consideró éste
valor de la eficiencia, ya que se encuentra que es un valor apto para este tipo de
sistemas, ya que al trabajar con altas concentraciones de gas contaminantes hace de
que se tenga que contar con sistemas de neutralización que por lo menos
5.1 Eficiencia con Torres Sin Recirculación
El primero de los escenarios propuestos es usar Torres Sin Recirculación, este
escenario corresponde a una torre que trata en una pasada el gas contaminado y luego
lo libera a la atmósfera.
Un esquema del sistema con Torres Sin Recirculación se muestra en la figura 5.1.
86
Figura 5.1: Sistema Sin Recirculación
Las concentraciones de entrada y salida en este sistema se determinaron a través de la
evaporación del cloro gas en el tiempo y considerando un volumen de instalación igual
a 100 m3.
Se realizó una simulación para el proceso de Neutralización sin Recirculación, donde se
obtuvo la concentración de salida de la Torre de Absorción en el tiempo.
El tiempo considerado para la simulación, corresponde al tiempo en que tarda en
evaporarse todo el gas cloro dentro de la instalación de cloración (76 min).
En el Gráfico 5.1 se muestra la relación de concentración de salida y entrada en el
tiempo para una eficiencia del 90% en cada pasada, en una Torre de Absorción sin
recirculación.
87
Gráfico 5.1: C (t) v/s Tiempo en Torre sin Recirculación
C(t) v/s Tiempo
0.0
0.1
1.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00
Tiempo [min]
C(t) Entrada Torre
Salida TorreNorma
Eficiencia 90%
En general en un sistema sin recirculación, la concentración de salida impuesta por la
normativa no se cumple, debido a las altas concentraciones de entrada en la torre.
En el ANEXO D, está disponible la tabla de concentración de entrada y salida en el
tiempo. A su vez en el ANEXO DIGITAL, están disponibles los cálculos realizados en la
simulación.
5.2 Eficiencia con Torres Con Recirculación
El segundo escenario característico corresponde al sistema de neutralización utilizando
Torres Con Recirculación. En éste escenario el caudal de gas contaminado pasa la
cantidad de veces necesarias a través de la torre, hasta cumplir con la normativa de
emisión.
Un esquema del sistema utilizando Torres Con Recirculación, se muestra en la figura
5.2.
88
Figura 5.2: Sistema con Torres Con Recirculación
Para determinar las concentraciones de entrada y salida en primer lugar se impuso una
eficiencia de remoción por pasada (90%), luego utilizando la masa evaporada se realizó
un balance de masas en la instalación de cloración de manera de considerar la masa
que recirculaba en el sistema.
Las concentraciones de entrada y salida de la torre de absorción se pueden observar
en el gráfico 5.2.
89
Gráfico 5.2: C (t) v/s Tiempo usando Torre Con Recirculación
C(t) v/s Tiempo
0.0
0.1
1.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Tiempo [min]
C(t)
Entrada SalidaNorma
Eficiencia 90%
En el gráfico 5.2, se puede observar la disminución de la concentración del
contaminante, considerando una eficiencia por pasada de un 90%. Es necesario
destacar que ésta simulación se realizó durante un tiempo mayor al tiempo en que se
evapora la totalidad del gas cloro almacenado en un contenedor. La razón por la cual se
realizó en un tiempo mayor es básicamente porque a partir de un cierto número de
pasadas la concentración de salida de la torre no sufría grandes cambios, esto se
puede observar en el ANEXO D y en el ANEXO DIGITAL.
Hay que destacar que con éste escenario tampoco se cumple con la normativa de
emisión luego de hacer pasar el gas 60 veces por la torres, en un tiempo de 3 horas. Si
bien no se cumple con la norma de emisión se disminuye considerable con la
concentración inicial de contaminantes en el gas al inicio de la fuga. Y se considerará
una posterior difusión del gas en el aire a la salida de la Torre.
90
En particular para éste estudio se utilizó este escenario para el proceso de
Neutralización, debido a una serie de ventajas desde el punto de emisión a la atmósfera
y costos en la implementación.
Las tablas de resultados se encuentran disponibles en el ANEXO D y los cálculos
realizados se encuentran disponibles en el ANEXO DIGITAL.
5.3 Eficiencia con Torres en Serie
Un sistema de neutralización utilizando Torres a contracorriente en Serie, corresponde
a un sistema donde el gas contaminado va siendo tratado a medida que va pasando por
las torres. El número de torres a utilizar dependerá de la concentración de salida del
gas cuando pase por una torre, hasta cumplir con la normativa de emisión
correspondiente. En particular para éste estudio fueron necesarias 5 Torres de
Absorción para cumplir con la Normativa de Emisión.
Un esquema de Torres en Serie se muestra en la figura 5.3.
Figura 5.3: Sistema con Torres en Serie
91
El valor de la eficiencia en una pasada de neutralización utilizando Torres en Serie, se
impone. El valor utilizado en este caso correspondió a un 90% de remoción. Por otro
lado las concentraciones de entrada y salida de la torre, se determinan a partir de la
evaporación del cloro gas en el tiempo.
Con los valores obtenidos de concentración de entrada y salida en el tiempo, para una
remoción de un 90% por pasada, fue posible obtener el gráfico 5.2, C (t) v/s Tiempo.
Gráfico 5.3: C (t) v/s Tiempo con Torres en Serie
C(t) v/s Tiempo
0.0
0.0
0.1
1.0
10.0
100.0
1000.0
10000.0
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00
Tiempo [min]
C(t)
[mg/
l]
C GalpónSalida T1Salida T2Salida T3Salida T4Salida T5Norma
Eficiencia 90%
En el gráfico 5.3 se pueden observar las curvas que representan a cada una torres que
actúa en el sistema en serie, junto con eso las concentraciones de salida al pasar el gas
contaminado por cada una de las torres. Cabe destacar que la concentración de salida
de una torre corresponde al valor de entrada de la siguiente y así sucesivamente.
Junto con lo anterior se pueden observar los tiempos en los que van dejando de
funcionar las torres, que corresponde al tiempo en que se cumplía con la norma de
emisión.
92
En el ANEXO D, se encuentran disponibles la tabla de resultados obtenidos para las
concentraciones de entrada y salida en el sistema utilizando Torres en Serie. Junto con
lo anterior en el ANEXO DIGITAL, se encuentran disponibles los cálculos realizados y
las tablas de resultados de la simulación. En el ANEXO E, se encuentra disponible el
Process & Instrumentation Diagram (P&D) del sistema utilizando Torres de
Neutralización Con Recirculación.
5.4 Análisis Comparativo de Sistemas de Neutralización
Como resultado del análisis de los tres escenarios típicos utilizando torres de
neutralización a contracorriente se obtuvo diferentes concentraciones de salida según el
proceso utilizado.
En el gráfico 5.4, se muestran las concentraciones de salida para los distintos
escenarios, indicando además la concentración establecida por normativa y la
concentración recomendada considerando la difusión en el aire.
93
Gráfico 5.4: Concentración v/s Tiempo comparativos
Concentración v/s Tiempo
0.01
0.10
1.00
10.00
100.00
1000.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00
Tiempo [min]
C (t
) [m
g/l]
Sin RecirculaciónNormaRecomendaciónCon Recirculación Serie
Eficiencia 90%
En el gráfico 5.4, se muestra además el tiempo en que cada sistema comienza a emitir
el gas tratado a la atmósfera. Estos tiempos son diferentes para cada sistema, como es
de esperarse el que tarda mayor en tiempo en comenzar a descargar a la atmósfera es
el sistema con recirculación, esto se debe a que el gas debe pasar el número de veces
necesario para cumplir con un valor cercano a la normativa. A su vez los escenarios en
serie y sin recirculación, comienzan a emitir a la atmósfera a partir de tiempos menores,
este tiempo corresponderá al tiempo que tarda en pasar el gas por al torre en el caso
del sistema sin recirculación y para el escenario en serie corresponde al tiempo que
tarda el flujo de gas en pasar por el número de torres requerida para comenzar a emitir.
Como se puede observar además los valores están por muy sobre de los valores
establecidos por la normativa, pero se espera que al salir el contacto del aire con el gas
contaminante logre que éste último logre concentración que no causen daño alguno en
las inmediaciones del lugar.
94
En la tabla 5.1 se muestra una comparación general de los escenarios desde el punto
de vista de cumplimiento de normativa, de costos y de requerimiento de NaOH.
Tabla 5.1: Comparación General Escenarios
Sin Recirculación Con Recirculación En Serie
Cumple Normativa Nunca Generalmente Siempre
Cumple Normativa con Difusión en el aire
Ocasionalmente Siempre Siempre
Costos Bajos Medios Altos
Requerimientos NaOH Bajos Medios Altos
Como se puede observar en la tabla 5.1, desde el punto de vistas de cumplimiento de la
normativa y de costo en general, el escenario más eficiente corresponde al escenario
con recirculación.
95
6 Conclusión y Recomendaciones
El estudio realizado consistió básicamente en la proposición de un diseño de Torres de
Neutralización para controlar eventuales fugas de gas cloro que pudiesen originarse en
una instalación de desinfección.
En primer lugar se realizó un estudio del porqué es necesario tratar gas cloro antes de
liberarlo a la atmósfera ante posible fugas, determinando las características generales
del gas (Físico - Químicas) y los efectos de la exposición al gas cloro sobre las
personas y el medio ambienten en general. Así se determinaron las propiedades
toxicológicas y las reacciones fisiológicas del gas a distintas concentraciones (Tabla 2.2
y 2.3). También a través del estudio de normativa nacional se indicaron las
concentraciones permitidas en el medio ambiente, según lo establecido en el Decreto
N° 745.
Dado que el estudio consistió en proponer un sistema de neutralización en una
instalación de desinfección con cloro, se caracterizó una instalación de cloración con las
áreas específicas y que debe tener, de modo de entender el lugar donde podría ocurrir
la fuga, y como se podía adicionar a ésta, una unidad de neutralización. A su vez se
especificaron los tipos de almacenamientos de cloro en una instalación según las
especificaciones de normativa nacional (NCh 1194/1 Of.97) y regulaciones extranjeras
(CFR 49).
La implementación de un sistema de neutralización de gas cloro, se basa en posibles
fugas que pudiesen existir, por lo tanto, se determinaron algunas de las causas por las
que éstas pueden ocurrir en una instalación de cloración. Si bien fue posible conocer
algunas de éstas, no fue posible determinar su ocurrencia ya que no se cuenta con
información procesada al respecto, sólo con algunas estimaciones realizadas por la
EPA hace un par de años atrás donde se estima que la mayoría de la pérdidas de cloro
gas ocurren en las válvulas principales de los contenedores. Hay que destacar que en
el momento de cambio de un contenedor a otro, hay una alta probabilidad de una fuga
de gas dentro de la instalación.
96
Junto a lo anterior, y dado que es necesario contar con medidas de seguridad en toda
instalación de cloración, se especificaron las medidas de seguridad propuesta por la
normativa nacional y extranjera. Respecto a lo anterior es importante destacar que en la
actualidad, en Chile, está en boga el tema de la prevención y la seguridad en cualquier
tipo de trabajo, y en particular en trabajos donde se manipulan sustancias peligrosas,
que ante cualquier error en la manipulación, pueden causar muchos daños, tanto al
personal como al medio ambiente en general. A pesar de esto, la normativa chilena es
muy general, respecto comparado con la normativa extranjera donde se tienen
normativas específicas para la manipulación de sustancias químicas, indicando en
particular el caso de una instalación de cloración, dando a conocer las medidas de
seguridad propuestas y sistemas de control ante fugas en el lugar (13).
Así en la normativa extranjera, se plantea el tratamiento de estas fugas implementando
sistemas de neutralización en las instalaciones de cloración, donde el proceso de
neutralización se realiza utilizando Torres de Absorción en sus distintos escenarios.
Éste sistema se ha ido implementando de a poco en nuestro país, pero como medida
de control de las propias empresas y no como solución propuesta por la normativa
chilena.
Para el análisis del proceso de neutralización, en primer lugar, se analizó el derrame de
gases licuados a presión, según lo establecido en la norma española NTP 430(15), la
que entrega las expresiones relacionada al cálculo de la evaporación del gas dentro de
la instalación después de una fuga. Con éste análisis se obtuvo la evaporación rápida
inicial y la evaporación en el tiempo. Este proceso se simuló para los tres escenarios
característicos utilizando torres de absorción a contracorriente. Obtener el valor de la
evaporación rápida inicial es de suma importancia ya que con ese valor y con el
volumen total de la instalación de cloración fue posible obtener el valor de la
concentración inicial del contaminante en fase gaseosa al interior de la instalación.
En general el proceso de neutralización consiste en el “lavado” del gas contaminante,
donde se transfieren los contaminantes del gas a la solución de lavado. Esto implica
que ocurre una transferencia de masa en el sistema, la que está gobernada por el
97
proceso de absorción. A su vez la absorción, está gobernada por las líneas de
equilibrio, las que están regidas por la solubilidad del gas con respecto al líquido. Así la
absorción ocurre mientras existe diferencia de concentraciones entre en líquido y el
gas, si no es así la absorción cesa.
La solubilidad es de suma importancia para elegir la solución adecuada según el gas
que se quiere tratar. En éste estudio se utilizó Soda Cáustica (NaOH), con una
concentración del 20%, ya que el Cl2 presenta una gran solubilidad en ella y a su vez es
una solución de fácil obtención, de menores costos, pero de cuidadosa manipulación.
En la tabla 4.1 se muestran los resultados de estudios realizados por Croll-Reynolds,
los que indican que la solución apta para la neutralización del Cl2, corresponde al
Hidróxido de Sodio (NaOH).
La solubilidad del gas y en particular el equilibrio del sistema se representa mediante la
relación de Henry. La constante de Henry es un valor de mucha importancia en el
diseño de la unidad ya que, basándose en el balance de masas del sistema, a través de
ella, es posible obtener la concentración de salida del contaminante en el líquido.
El valor de la constante de Henry depende del gas que se quiere tratar, como se
muestra en el ANEXO A, existen varios valores para la constante del Cl2, nunca se supo
con certeza cuál era el valor adecuado, ya que no se encontró información al respecto.
Si bien los valores de las constantes no variaban mucho, eran del mismo orden de
magnitud, se optó por el mayor valor ya que con él se obtenían valores de la
dimensiones de la unidad más cercanos a la realidad. Es partir del valor de la constante
de Henry que se determinó la pendiente de la curva de equilibrio, que corresponde al
inverso del valor de la constante de Henry obtenido, este valor se corroboró graficando
los valores de presión v/s temperatura para el Cl2.
El en estudio se optó por utilizar torres de absorción. Existen diferentes tipos de
sistemas utilizando torres de absorción, pero según estudios de la Universidad de
Southern Queensland (21), el sistema que entrega mayor eficiencia y un alto grado de
mezcla es a contracorriente. El sistema a contracorriente tiene el diseño ideal donde la
corriente de gas que ingresa a la torre se encuentra completamente con el caudal de
98
líquido que viene desde la parte superior de ésta. Aquí la corriente de gas tiene
posibilidad de toparse con el caudal de líquido y es inevitable el su posterior
tratamiento. También este sistema permite una muy buena mezcla del contaminante
gaseoso y la solución neutralizadora. Todo esto se traduce en las mayores eficiencias
obtenidas utilizando este sistema.
De los estudios realizados, se obtuvieron los principales parámetros de diseño del
sistema, dentro de los que se encontraron: caudal de gas y líquido, concentraciones de
entrada y salida en ambas fases, presión, temperatura, etc.
Mediante el balance de masa del sistema se determinó la razón entre el caudal de
líquido y gas (L/G), fundamental para el diseño de la unidad, ya que corresponde a la
razón entre el caudal y líquido que circula por la torre. Es de suma importancia
determinar la cantidad de líquido necesario ante la peor circunstancia. Es por esto que
se consideró el factor de seguridad, para asegurar FS=2, para determinar el caudal de
la solución, para no encontrase con deficiencias de líquido en el momento de alguna
emergencia. Se utiliza factor 2 para disponer de un doble del volumen de líquido
requerido.
En ésta ocasión se diseñó para una torre que posee una capa de relleno, donde ocurre
el contacto entre el líquido y el gas. El relleno aporta bastantes beneficios en el
proceso, como es el aportar una mayor superficie de contacto entre el gas y el líquido,
impide que exista mayor grado de agitación del líquido, etc. Es por esto que la elección
adecuada del material de relleno es muy importante, en esta ocasión se optó por el
relleno tipo Pall Ring de plástico, ya que es fácil de manipular, de lavar, de reponer, por
su forma entrega una buena superficie de contacto. Estudios han demostrado mayores
eficiencias con respecto a otros materiales de relleno. El diseño se realizó para 2 tipos
de relleno, pero se optó por el Pall Ring, ya que al momento del dimensionamiento
entregaba valores más adecuados.
Es importante considerar, que para evitar problemas en la distribución del líquido en la
cama de relleno, es necesario cumplir con que la razón entre el diámetro de la torre y el
diámetro del material de relleno sea mayor a 30.
99
El dimensionamiento de la unidad se realizó con las expresiones mostradas en el
capítulo 4, siguiendo los pasos indicados en los diagramas de bloques indicados en el
ANEXO C. Para el dimensionamiento se consideraron valores mínimos de altura de la
cama de relleno y del diámetro de la torre. Estos valores se determinaron para lograr la
eficiencia de remoción requerida en el sistema. Para el caso del diámetro, fue necesario
ajustar el valor al mínimo y así cumplir con la razón con el diámetro del material de
relleno, el que fue igual a 31,5.
Para determinar la altura de la capa de relleno se optó por las expresiones que
relacionan el coeficiente de transferencia en ambas fases, líquida y gaseosa, ya que si
bien podía determinarse gráficamente, según el tipo de relleno, el trabajar con las
características y caudales del gas y del líquido fue más representativo del
funcionamiento del sistema.
También se determinaron las unidades que componen la torre, las que se eligieron
según las ventajas que presentaban, desde el punto de vista del funcionamiento, de la
mantención y de la capacidad de minimizar los posibles daños a los que podían estar
expuestas.
Luego del dimensionamiento, se realizó la simulación computacional considerando una
eficiencia del 90% de remoción, para los tres escenarios característicos, utilizando una
torre sin recirculación, con recirculación y torres en serie, para una instalación que
almacena cloro en contenedores de 1000 kg. Para cada uno de estos escenarios se
determinó la concentración de entrada y salida de las torres, y con esto se veía el
cumplimiento de la normativa. El valor que se impuso para la salida de la Torre fue de
10 ppm, este valor se encontró adecuado, dado las altas concentraciones de entrada,
ya que al imponer un valor menor, las dimensiones de la torres habrían sido demasiado
grandes en comparación al resto de la instalación de cloración.
De la simulación se obtuvo lo siguiente:
• Utilizando una torre sin recirculación, no se cumple con la concentración de salida y
si bien corresponde al 10% de la concentración de entrada a la torre, se siguen
emitiendo grandes concentraciones de Cl2 a la atmósfera, que ataca de igual
100
manera a todo el entorno del lugar. El tiempo de simulación en este caso
correspondió al tiempo en que tardaban en evaporarse los 1000 kg de gas cloro. Se
optó por no utilizar este escenario porque se seguían emitiendo grandes
concentraciones de Cl2.
• Utilizando torres en serie, si bien se logra cumplir con la normativa al implementar 5
torres de absorción, la implementación de este escenario es bastante costosa desde
todo punto de vista económico (tabla 5.1). Hay que destacar que el número de torres
se determina con la concentración inicial de Cl2.
• Finalmente el utilizar una Torre con recirculación, fue la mezcla entre mejores
valores de concentración de salida y costos. En éste caso no se cumple con la
normativa de emisión a la salida de la torre, pero claramente las concentraciones
son mucho menores que el caso de la torre sin recirculación. Por lo tanto se opta por
indicar que se haga recircular el gas por un tiempo definido para luego descargarlo a
la atmósfera, y que finalmente la capacidad de difusión del gas en el aire, permitirá
que la concentración de Cl2 disminuya y que no provoque daños en las
proximidades de la instalación.
Luego de la simulación computacional y como se mencionó anteriormente, el escenario
que presenta los mayores beneficios es usando una torre con recirculación. Si bien no
se determinaron costos, lógicamente la implementación de torres en serie implica
costos mayores. Por otro lado la concentración no es la permitida por la normativa
nacional (Decreto Supremo N°745), pero si es mucho menor que la inicial y
considerando la difusión con el aire, se obtendrían valores adecuados en el medio
ambiente.
Hay que considerar que para el buen funcionamiento del sistema, no sólo hay que
preocuparse del funcionamiento dentro de la torre, si no que además de las unidades
que la acompañan, como es el caso de las bombas, de los extractores, del estanque de
soda, sensores de cloro, ductos de succión. El buen funcionamiento de estas unidades
dependerá exclusivamente de elegir las adecuadas según el caudal a tratar y del
mantenimiento preventivo al que tiene que someterse periódicamente.
101
Para la operación de una instalación de neutralización utilizando torres de absorción,
existen una serie de recomendaciones, entre las que se encuentran:
• Chequeo periódico de la caída en presión, la circulación del gas y del reactivo a
través de la torre, de las válvulas, tuberías, llaves de paso y algunos puntos críticos
durante el proceso.
• En el caso de contar con una unidad de neutralización, la cual se utiliza en forma
intermitente es necesario tener cuidado en el manejo de las válvulas ubicadas en las
tuberías que conectan al lugar de extracción con la unidad de absorción.
• Cuando la unidad de absorción es diseñada principalmente para mantenerla
detenida o con funcionamiento esporádico, los chequeos de éstas deben incluir
procesos para detectar alguna anormalidad en el flujo del gas debido a fallas o por
la falta de operación del sistema.
• Las instrucciones sobre el uso y los cuidados de las unidades de una planta de
neutralización deben estar anotadas claramente y los operarios del lugar deben
estar entrenados de manera adecuada, para el buen manejo del sistema.
• En las planta de neutralización, en general, las instrucciones sobre la operación
dependen del sistema de absorción implementado y de los mantenimientos que se
le realicen a las unidades dependiendo de los estándares de seguridad del lugar.
También se deben incluir requerimientos para la disponibilidad y la continua
operación de la unidad de absorción.
Como se puede observar durante el estudio se realizaron ciertas hipótesis, las que se
enunciaron cuando fue necesario, para facilitar los cálculos del proceso.
102
Hay que considerar que se recomienda que el tiempo de recirculación del gas sea de
aproximadamente de 2 horas, ya que como se observa en el ANEXO D, en la tabla
D.23, a partir de esa hora, las concentraciones de salida de la torre varían muy poco.
Los resultados obtenidos, desde el punto de vista del dimensionamiento de la unidad,
se encuentran adecuados, ya que se trata de una instalación de un tamaño medio, e
implementar una unidad como la diseñada, no afectaría a la estética de la instalación.
En el ANEXO DIGITAL, se encuentra disponible un esquema general de la torre.
Finalmente, en el ANEXO E, se encuentra disponible el Process & Instrumentation
Diagram del sistema utilizando Torres de Neutralización Con Recirculación.
En el país, estos sistemas de neutralización se están implementando hace pocos años,
a medida que las empresas van tomando consciencia del daño que pueden causar este
tipo de problemas, no sólo en instalaciones de desinfección, como es el caso de éste
estudio, sino que en un sin número de industrias que utilizan productos químicos en su
proceso.
En general cada empresa que manipula un elemento como el cloro debe tener un
control no sólo de éste tipo de instalaciones de neutralización, sino que también deben
tener un control sobre la ejecución los planes de manejo de la unidad, los planes de
prevención y seguridad y del plan de mantenimiento preventivo de cada una de las
unidades.
Es de esperar que esta consciencia ambiental no sólo quede en manos de los
particulares sino que la autoridad competente comience a normar en éste tema, y así
poder contar con documentos, como el caso de los españoles, donde éste tema se
encuentra completamente regulado.
103
7 Bibliografía
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www.croll.com/_website/ca/techlib2.asp
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8. EPA; año 1998; Wet Film (Packed Tower) Scrubbers. Disponible en Web:
http://yosemite.epa.gov/oaqps/EOGtrain.nsf/fabbfcfe2fc93dac85256afe00483cc4/53f7db826942ea5d85256b6b00736f52/$FILE/si412c_lesson5.pdf
9. Euro Chlor Publication; 2004; Equipment for the Treatment of Gaseous Effluents
Containing Chlorine; 11th Edition. 10. Joseph, Gerald T, P.E & Beachler, David S; 1998; Scrubber System Operation Review;
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12. Ministerio de Salud de Chile; 1999; Reglamento sobre condiciones sanitarias y
ambientales básicas en los lugares de trabajo; Decreto de Salud N°594/1999.
13. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales España; 1994; Control de Fugas en Almacenamiento de Gases Licuados Tóxicos; NTP 338.
14. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales España; 2001; Reglamento de
Almacenamiento de Productos Químicos y sus Instrucciones Técnicas Complementarias; RD.379/2001.
15. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales España; 1992; Gases Licuados: Evaporación
de Fugas y Derrames; NTP 430.
104
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18. Richards, J; 2000; Control of Gaseus Emissions Student Manual; 3era Edición; United
Stated Environmental Protection Agency.
19. Sander, R; Converting Henry’s Law Constants; Mayo 2007. Disponible en web: < http://www.mpch-mainz.mpg.de/~sander/res/henry-conv.html>.
20. Sander, R; 1999; Compilation of Henry Law Constants for Inorganics Species of
Potencial Importance in Enviromental Chemestry; 3ª Edición. Disponible en web: <www.mpch-mainz.mpg.de/~sander/res/henry.html>.
21. Yaa Lee, J; año 2005; “Evaluation of wet Scrubber Systems”; University of Southern
Queensland, Faculty of Engineering and Surveying. 22. Empresa Aguas Andinas S.A.
- Gerencia de Producción. - Gerencia de Prevención y Recintos Operativos - Gerencia de Ingeniería.
105
ANEXO A: Constante de Henry Los valores de las constantes de Henry, según diferentes autores, según las
recomendaciones de Rolf Sander (1999) (16) son los siguientes:
Tabla A-1: Constantes de Henry
Constantes de Henry para el Cl2 [M/atm] [mol/atm m3] [m3 atm/mol] [atm] Adimensional
Willen 1977 0,091 91,0 0,011 608,1 2,23
Wagman 1982 0,062 62,0 0,016 892,6 1,52
Brian 1962 0,063 63,0 0,016 878,4 1,54
Lide and Frederikse 0,095 95,0 0,011 582,5 2,32
Cabe destacar que los valores mostrados en la tabla son valores de la constante de
Henry, de acuerdo a la siguiente expresión:
HXp = (A-1)
Donde: p: Presión parcial del contaminante en el equilibrio [atm].
H: Constante de Henry [M/atm].
X: Fracción molar del contaminante en el líquido [M].
Como en el estudio realizado se utilizó la constante de Henry adimensional, fue
necesario realizar la conversión de unidades correspondientes para obtener el valor
requerido. La expresión para la conversión a valor adimensional es la siguiente:
RTHH =' (A-2)
Donde:
H’: Constante de Henry adimensional.
H: Constante de Henry [atm m3/mol].
106
R: Constante Universal de los gases [atm m3/mol °K].
T: Temperatura [°K].
Dado que Rolf Sander (1999) (16) en su documento entrega los valores de la constante
de Henry para la expresión (A-1), donde los valores corresponde al inverso del
requerido (A-2), según lo indicado en la expresión (3-6), es necesario realizar una serie
de conversiones, las que se explican a continuación:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
⋅=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋅ 31000
matmmolH
atmMH (A-3)
TRHH ⋅⋅=' (A-4)
Donde:
H’: Constante de Henry adimensional.
H: Constante de Henry [mol/atm m3].
R: Constante Universal de los gases [atm m3/mol].
T: Temperatura [°K].
Por lo tanto como se puede observar para poder obtener el valor de la constante de
Henry para lo requerido en vez de dividir para determinar el valor adimensional es
necesario invertir la operación.
107
ANEXO B: Procedimiento para determinar coeficiente de transferencia de masa en estado líquido y gaseoso.
B.1 Coeficiente de Transferencia de masa en fase líquida.
El coeficiente de transferencia de masa en fase líquida se determina a través de la
siguiente expresión:
( ) 4,05,03
23
1
0051,0 ptLL
L
LW
LL
cL
LL da
DaV
gk
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ρ
μμρ
μρ (B-1)
Donde:
kL: Coeficiente de transferencia de masa en fase líquida [m/s]
ρL: Densidad del líquido en [Kg/m3].
μL: Viscosidad del líquido [Kg/ms].
gc: Aceleración gravitacional [m/s2].
VL: Velocidad del líquido [m/s].
aw: área mojada del relleno [m2].
DL: Tasa de difusión del líquido [m/s2].
at: Área superficial del relleno [m2].
dp: Diámetro nominal del relleno [m].
La expresión que determina el área mojada del relleno es la siguiente:
( )⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅−−= − 2,005,01,0
Re
75,0
45,1exp1 weFrc
t
w NNNss
aa
(B-2)
Donde:
sc: Tensión superficial crítica para relleno de polietileno [Kg/s].
s: Tensión superficial del relleno [Kg/s].
108
L
LL
t
Va
Nμ
ρ⋅⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
1Re (Número de Reynolds). (B-3)
c
LtFr gVaN
2
= (Número de Froude). (B-4)
sgV
aN
c
LL
twe
ρ21⋅⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= (Número de Weber). (B-5)
B.2 Coeficiente de Transferencia de masa en fase gaseosa. El coeficiente de transferencia de masa en el gas queda determinado por la siguiente
expresión:
( ) ( ) 23
17,0
23.5 −
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅= pt
GG
G
GtGt
G daDa
GDa
kρ
μμ
(B-6)
Donde:
KG: Coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa [m/s].
G: Caudal másico del gas [Kg/s].
ρG: Densidad del gas [Kg/m3].
μG: viscosidad del gas [Kg/ms].
VG: Velocidad del gas [m/s].
DG: Tasa de difusión del gas [m/s2].
at: Área superficial del relleno [m2].
dp: Diámetro nominal del relleno [m].
109
ANEXO C: Diagramas de Bloques
C.1 Cálculo del Caudal de Líquido
Norma NTP 430: Mínimo 10
Renovaciones / Hora
Volumen
Instalación
Concentración inicial de Gas
Caudal de Gas
Masa Evaporada
Constante de Henry
Concentración de Salida
Líquido y Gas
Eficiencia (90%)
Balance de Masas
Caudal de Líquido
110
C.2 Cálculo del Área Transversal de la Torre de Absorción
G*: Caudal Másico de Gas por unidad de
Área.
G Operación: Caudal másico de Gas de Operación
% del punto de
Inundación
Área Transversal de
la Torre
∆P
Valor Abscisa
Material de Relleno:
Pall Ring 1’’
Correlación de Sherwood
Hollaway
Q Gas, QLíquido, ρGas
y ρLíquido
111
C.3 Cálculo Altura Total de la Torre
Q Gas y Q Líquido
Concentración Entrada y Salida del Líquido y el
Gas
Pendiente de la Curva de
Equilibrio, m
Altura de Unidades de Transferencia:
HTU
Número de Unidades de
Transferencia: NTU
H Total Torre
H Elevación = 1,5 m
Z Relleno
112
ANEXO D: Tablas de Resultados D.1 Evaporación de Cl2
Tabla D. 1: Evaporación Rápida Inicial Cl2
Evaporación inicial Observaciones
mo [Kg] 1000 Masa inicial del Gas
Tebullición [°K] 239 Temperatura de ebullición del gas licuado
To [°K] 293 Temperatura inicial del gas licuado
cp [J/Kg*K] 950 Calor específico del gas licuado
hv [J/Kg] 290000 Calor latente de vaporización del gas licuado
mv [Kg] 162,1 Masa de gas evaporada
FS 2 Recomendación de Kletz
mv real [Kg] 324,3 Masa real de gas evaporada
Tabla D. 2: Evaporación del Charco en el Tiempo
Tiempo [s] Tiempo [min] Masa Total Evaporación [Kg] ∆ Masa Evaporada Masa Evaporada [Kg]
0 0,00 0 0 324,3 60 1,00 41 41 365
120 2,00 60 20 385 180 3,00 76 16 401 240 4,00 91 14 415 300 5,00 104 13 428 360 6,00 117 12 441 420 7,00 128 12 453 480 8,00 140 11 464 540 9,00 151 11 475 600 10,00 161 11 485 660 11,00 172 10 496 720 12,00 182 10 506 780 13,00 191 10 516 840 14,00 201 10 525 900 15,00 211 10 535 960 16,00 220 9 544
1020 17,00 229 9 553 1080 18,00 238 9 563 1140 19,00 247 9 572 1200 20,00 256 9 580 1260 21,00 265 9 589 1320 22,00 274 9 598 1380 23,00 282 9 606 1440 24,00 291 8 615 1500 25,00 299 8 623
113
Continuación Tabla D.2: Evaporación de Charco en el Tiempo
Tiempo [s] Tiempo [min] Masa Total Evaporación [Kg] ∆ Masa Evaporada Masa Evaporada [Kg] 1560 26,00 307 8 632 1620 27,00 316 8 640 1680 28,00 324 8 648 1740 29,00 332 8 656 1800 30,00 340 8 664 1860 31,00 348 8 672 1920 32,00 356 8 680 1980 33,00 364 8 688 2040 34,00 372 8 696 2100 35,00 380 8 704 2160 36,00 388 8 712 2220 37,00 395 8 720 2280 38,00 403 8 727 2340 39,00 411 8 735 2400 40,00 418 8 743 2460 41,00 426 8 750 2520 42,00 434 8 758 2580 43,00 441 8 765 2640 44,00 449 8 773 2700 45,00 456 7 780 2760 46,00 464 7 788 2820 47,00 471 7 795 2880 48,00 478 7 803 2940 49,00 486 7 810 3000 50,00 493 7 817 3060 51,00 501 7 825 3120 52,00 508 7 832 3180 53,00 515 7 839 3240 54,00 522 7 847 3300 55,00 530 7 854 3360 56,00 537 7 861 3420 57,00 544 7 868 3480 58,00 551 7 875 3540 59,00 558 7 882 3600 60,00 565 7 890 3660 61,00 572 7 897 3720 62,00 580 7 904 3780 63,00 587 7 911 3840 64,00 594 7 918 3900 65,00 601 7 925 3960 66,00 608 7 932 4020 67,00 615 7 939 4080 68,00 622 7 946 4140 69,00 629 7 953 4200 70,00 636 7 960 4260 71,00 643 7 967 4320 72,00 649 7 974 4380 73,00 656 7 981 4440 74,00 663 7 987 4500 75,00 670 7 994 4560 76,00 677 7 1001
114
D.2 Concentración de entrada y salida del sistema del Gas y del Líquido
Tabla D. 3: Concentración de Entrada y Salida del Gas
V instalación [m3] 100
Eficiencia [%] 90
mv [Kg] 324,3
Cv [Kg/m3] 3,2
Y1 [mg/l] 3242,7
Y1 [ppm] 1080890,3
Y2 [mg/l] 324,3
Y2 [ppm] 108089,0
Tabla D. 4: Concentración de Salida de NaOH
Y1 [mol/mol] 1,081
H [adimensional] 2,323
X1 [mol/mol] 0,465
Tabla D. 5: Resumen de la Concentración de entrada y salida del Gas y del líquido
Compuesto Concentración Inicial [mol/mol] Concentración Final [mol/mol]
Gas 1,081 0,1081
Líquido 0 0,47
D.3 Caudal de Gas y de Líquido
Tabla D. 6: Razón L/G
Y1 [mol/mol] 1,081
Y2 [mol/mol] 0,1081
X1 [mol/mol] 0,47
Lm/Gm 2,09
115
Tabla D. 7: Caudal de Gas
Renovaciones/ hora 20
V instalación [m3] 100
Qg [m3/hr] 2000
Qg [m3/min] 33,3
Qg [m3/s] 0,6
V [m3/gr-mol] 0,024
Qg [m3/min] 33,3
Gm [gr-mol de gas/min] 1388,9
G [Kg/min] 98,6
Qg [m3/min] 33,3
Tabla D. 8: Caudal de Líquido
Lm [gr-mol de gas/min] 2903,8
PM [gr/gr-mol] 41
Lmin [Kg/min] 119,1
FS 2
L [Kg/min] 238,2
Ql [m3/min] 0,20
Tabla D. 9: Resumen Caudal de Gas y Líquido
Compuesto Caudal Volumétrico [m3/s] Caudal Másico [Kg/s]
Gas 0,6 98,6
Líquido 0,003 238,1
D.4 Área y Diámetro de la Torre de Absorción
Tabla D. 10: Caída en Presión
Pall Ring Intalox Saddles
Factor de Packing 52 30
∆pflood 1,8 1,2
116
Tabla D. 11: Valor Abscisa Correlación de Sherwood Hollaway
L [Kg/min] 238,11
G [Kg/min] 98,61
Densidad Cl2 [Kg/m3] 3,21
Densidad solución [Kg/m3] 1220,00
Valor Abscisa 0,12
Tabla D. 12: Área y Diámetro de la Torre de Absorción
Tipo de Relleno Pall Ring Intalox Saddles
Valor Abscisa 0,12 0,12
∆p flood 1,83 1,24
G* [Kg/(m2 s)] 9,40 12,37
% del Punto de Inundación 60 60
Gop [Kg/m2 s] 5,6 7,4
Área Transversal [m2] 0,29 0,22
D [m] 0,61 0,53
Dmin [m] 0,8 0,8
DTorre [m] 0,80 0,80
D.5 Altura Total de la Torre
Tabla D. 13: NTU
Gm/Lm 0,48
m 0,43
Y1 [mol/mol] 1,08
Y2 [mol/mol] 0,11
X2 [mol/mol] 0
NTU 2,6
117
Tabla D. 14: HTU L
dp [m] 0,0245
DL [m2/s] 2,128E-09
rL [Kg/m3] 1220
mL [Kg/(ms)] 0,001
VL [m/s] 0,01
kL [m/s] 0,001
Ql [m3/s] 0,003
HTUL [m] 0,1
Tabla D. 15: HTU G
ρG [Kg/m3] 3,2
μG [Kg/(ms)] 0,000018
VG [m/s] 1,91
DG [m2/s] 0,000013
at [m2/m3] 206,7
dp [m] 0,0245
kG 0,03
Qg [m3/s] 0,6
HTUG [m] 0,3
Tabla D. 16: HTU
HTUL [m] 0,1
HTUG [m] 0,3
HTU [m] 0,3
Tabla D. 17: Altura Total de la Torre
HTU [m] 0,3
NTU 2,6
H relleno [m] 0,9
H elevación [m] 2,0
H total [m] 6,8
118
D.6 Requerimientos y Dimensiones Estanque de NaOH
Tabla D. 18: Requerimientos NaOH
Razón NaOH- Cl2 [gr NaOH/gr Cl2] 1,13
C inicial NaOH [%] 20
mo [Kg] 1000
Caudal de Gas [Kg/min] 98,6
Tiempo Fuga [min] 10,14
Tabla D. 19: Fuga de Gas en el Tiempo
Gas Fugado [Kg] NaOH [m3]
0 0,0
100 0,6
200 1,1
300 1,7
400 2,3
500 2,8
600 3,4
700 3,9
800 4,5
900 5,1
1000 5,6
Tabla D. 20: Dimensiones Estanque NaOH
V [m3] 5,6
h [m] 2
A[m2] 3
d [m] 2
D.7 Concentración en el Tiempo (Simulación) Tabla D. 21: Concentración en el Tiempo Torres en Serie
T [min] M Cl Inicial [Kg] Me Cl2 [Kg] M Cl Galpón [Kg] Req NaOH [m3] C Galpón [mg/l] Cs T1 [mg/l] Cs T2 [mg/l] Cs T3 [mg/l] Cs T4 [mg/l] CsT5 [mg/l]0,00 324,3 0,0 324,3 1,83 3242,7 324,3 32,43 3,24 0,32 0,03 1,00 364,9 40,6 256,8 1,45 2567,8 256,8 25,68 2,57 0,26 0,03 2,00 276,4 19,6 154,8 0,87 1547,9 154,8 15,48 1,55 0,15 0,02 3,00 171,0 16,2 78,8 0,44 788,3 78,8 7,88 0,79 0,08 0,01 4,00 93,2 14,4 36,2 0,20 362,4 36,2 3,62 0,36 0,04 0,00 5,00 49,5 13,3 18,4 0,10 184,1 18,4 1,84 0,18 0,02 0,00
119
Continuación Tabla D.21: Concentración en el Tiempo Torres en Serie
T [min] M Cl Inicial [Kg] Me Cl2 [Kg] M Cl Galpón [Kg] Req NaOH [m3] C Galpón [mg/l] Cs T1 [mg/l] Cs T2 [mg/l] Cs T3 [mg/l] Cs T4 [mg/l] CsT5 [mg/l]6,00 30,9 12,4 14,4 0,08 143,6 14,4 1,44 0,14 0,01 0,00 7,00 26,2 11,8 15,9 0,09 159,0 15,9 1,59 0,16 0,02 0,00 8,00 27,2 11,3 18,5 0,10 185,1 18,5 1,85 0,19 0,02 0,00 9,00 29,5 10,9 20,4 0,11 203,8 20,4 2,04 0,20 0,02 0,00
10,00 31,0 10,6 21,2 0,12 211,7 21,2 2,12 0,21 0,02 0,00 11,00 31,5 10,3 21,2 0,12 211,7 21,2 2,12 0,21 0,02 0,00 12,00 31,2 10,1 20,7 0,12 207,5 20,7 2,07 0,21 0,02 0,00 13,00 30,6 9,9 20,2 0,11 202,0 20,2 2,02 0,20 0,02 0,00 14,00 29,9 9,7 19,7 0,11 196,7 19,7 1,97 0,20 0,02 0,00 15,00 29,2 9,5 19,2 0,11 192,1 19,2 1,92 0,19 0,02 0,00 16,00 28,6 9,3 18,8 0,11 188,4 18,8 1,88 0,19 0,02 0,00 17,00 28,0 9,2 18,5 0,10 185,2 18,5 1,85 0,19 0,02 0,00 18,00 27,6 9,1 18,3 0,10 182,6 18,3 1,83 0,18 0,02 0,00 19,00 27,2 9,0 18,0 0,10 180,2 18,0 1,80 0,18 0,02 0,00 20,00 26,9 8,9 17,8 0,10 178,0 17,8 1,78 0,18 0,02 0,00 21,00 26,6 8,8 17,6 0,10 176,0 17,6 1,76 0,18 0,02 0,00 22,00 26,3 8,7 17,4 0,10 174,1 17,4 1,74 0,17 0,02 0,00 23,00 26,0 8,6 17,2 0,10 172,3 17,2 1,72 0,17 0,02 0,00 24,00 25,7 8,5 17,1 0,10 170,6 17,1 1,71 0,17 0,02 0,00 25,00 25,5 8,4 16,9 0,10 169,0 16,9 1,69 0,17 0,02 0,00 26,00 25,2 8,3 16,8 0,09 167,6 16,8 1,68 0,17 0,02 0,00 27,00 25,0 8,3 16,6 0,09 166,2 16,6 1,66 0,17 0,02 0,00 28,00 24,8 8,2 16,5 0,09 164,9 16,5 1,65 0,16 0,02 0,00 29,00 24,6 8,2 16,4 0,09 163,6 16,4 1,64 0,16 0,02 0,00 30,00 24,5 8,1 16,2 0,09 162,5 16,2 1,62 0,16 0,02 0,00 31,00 24,3 8,0 16,1 0,09 161,3 16,1 1,61 0,16 0,02 0,00 32,00 24,1 8,0 16,0 0,09 160,3 16,0 1,60 0,16 0,02 0,00 33,00 24,0 7,9 15,9 0,09 159,3 15,9 1,59 0,16 0,02 0,00 34,00 23,8 7,9 15,8 0,09 158,3 15,8 1,58 0,16 0,02 0,00 35,00 23,7 7,8 15,7 0,09 157,4 15,7 1,57 0,16 0,02 0,00 36,00 23,5 7,8 15,7 0,09 156,5 15,7 1,57 0,16 0,02 0,00 37,00 23,4 7,8 15,6 0,09 155,7 15,6 1,56 0,16 0,02 0,00 38,00 23,3 7,7 15,5 0,09 154,8 15,5 1,55 0,15 0,02 0,00 39,00 23,2 7,7 15,4 0,09 154,1 15,4 1,54 0,15 0,02 0,00 40,00 23,1 7,6 15,3 0,09 153,3 15,3 1,53 0,15 0,02 0,00 41,00 22,9 7,6 15,3 0,09 152,6 15,3 1,53 0,15 0,02 0,00 42,00 22,8 7,6 15,2 0,09 151,9 15,2 1,52 0,15 0,02 0,00 43,00 22,7 7,5 15,1 0,09 151,2 15,1 1,51 0,15 0,02 0,00 44,00 22,6 7,5 15,1 0,08 150,6 15,1 1,51 0,15 0,02 0,00 45,00 22,5 7,5 15,0 0,08 150,0 15,0 1,50 0,15 0,01 0,00 46,00 22,5 7,5 14,9 0,08 149,4 14,9 1,49 0,15 0,01 0,00 47,00 22,4 7,4 14,9 0,08 148,8 14,9 1,49 0,15 0,01 0,00 48,00 22,3 7,4 14,8 0,08 148,2 14,8 1,48 0,15 0,01 0,00 49,00 22,2 7,4 14,8 0,08 147,7 14,8 1,48 0,15 0,01 0,00 50,00 22,1 7,3 14,7 0,08 147,1 14,7 1,47 0,15 0,01 0,00 51,00 22,0 7,3 14,7 0,08 146,6 14,7 1,47 0,15 0,01 0,00 52,00 22,0 7,3 14,6 0,08 146,1 14,6 1,46 0,15 0,01 0,00 53,00 21,9 7,3 14,6 0,08 145,6 14,6 1,46 0,15 0,01 0,00 54,00 21,8 7,2 14,5 0,08 145,2 14,5 1,45 0,15 0,01 0,00 55,00 21,7 7,2 14,5 0,08 144,7 14,5 1,45 0,14 0,01 0,00 56,00 21,7 7,2 14,4 0,08 144,3 14,4 1,44 0,14 0,01 0,00
120
Continuación Tabla D.21: Concentración en el Tiempo Torres en Serie
T [min] M Cl Inicial [Kg] Me Cl2 [Kg] M Cl Galpón [Kg] Req NaOH [m3] C Galpón [mg/l] Cs T1 [mg/l] Cs T2 [mg/l] Cs T3 [mg/l] Cs T4 [mg/l] CsT5 [mg/l]57,00 21,6 7,2 14,4 0,08 143,8 14,4 1,44 0,14 0,01 0,00 58,00 21,5 7,2 14,3 0,08 143,4 14,3 1,43 0,14 0,01 0,00 59,00 21,5 7,1 14,3 0,08 143,0 14,3 1,43 0,14 0,01 0,00 60,00 21,4 7,1 14,3 0,08 142,6 14,3 1,43 0,14 0,01 0,00 61,00 21,4 7,1 14,2 0,08 142,2 14,2 1,42 0,14 0,01 0,00 62,00 21,3 7,1 14,2 0,08 141,8 14,2 1,42 0,14 0,01 0,00 63,00 21,2 7,1 14,1 0,08 141,5 14,1 1,41 0,14 0,01 0,00 64,00 21,2 7,0 14,1 0,08 141,1 14,1 1,41 0,14 0,01 0,00 65,00 21,1 7,0 14,1 0,08 140,8 14,1 1,41 0,14 0,01 0,00 66,00 21,1 7,0 14,0 0,08 140,4 14,0 1,40 0,14 0,01 0,00 67,00 21,0 7,0 14,0 0,08 140,1 14,0 1,40 0,14 0,01 0,00 68,00 21,0 7,0 14,0 0,08 139,7 14,0 1,40 0,14 0,01 0,00 69,00 20,9 7,0 13,9 0,08 139,4 13,9 1,39 0,14 0,01 0,00 70,00 20,9 6,9 13,9 0,08 139,1 13,9 1,39 0,14 0,01 0,00 71,00 20,8 6,9 13,9 0,08 138,8 13,9 1,39 0,14 0,01 0,00 72,00 20,8 6,9 13,8 0,08 138,5 13,8 1,38 0,14 0,01 0,00 73,00 20,8 6,9 13,8 0,08 138,2 13,8 1,38 0,14 0,01 0,00 74,00 20,7 6,9 13,8 0,08 137,9 13,8 1,38 0,14 0,01 0,00 75,00 20,7 6,9 13,8 0,08 137,6 13,8 1,38 0,14 0,01 0,00 76,00 20,6 6,9 13,7 0,08 137,3 13,7 1,37 0,14 0,01 0,00
Tabla D. 22: Concentración en el Tiempo Torre Sin Recirculación
Tiempo [min] M Inicial Evap [Kg] ∆ Masa Evaporada Masa Galpón [Kg] Req NaOH [m3] Cs galpón [mg/l] Cs Torre [mg/l] 0,00 324 0,00 324 1,83 3242,7 324,27 1,00 365 40,61 256,8 1,45 2567,8 256,78 2,00 276 19,63 154,8 0,87 1547,9 154,79 3,00 171 16,18 78,8 0,44 788,3 78,83 4,00 93 14,39 36,2 0,20 362,4 36,24 5,00 49 13,25 18,4 0,10 184,1 18,41 6,00 31 12,44 14,4 0,08 143,6 14,36 7,00 26 11,83 15,9 0,09 159,0 15,90 8,00 27 11,34 18,5 0,10 185,1 18,51 9,00 29 10,94 20,4 0,11 203,8 20,38
10,00 31 10,61 21,2 0,12 211,7 21,17 11,00 31 10,33 21,2 0,12 211,7 21,17 12,00 31 10,08 20,7 0,12 207,5 20,75 13,00 31 9,86 20,2 0,11 202,0 20,20 14,00 30 9,67 19,7 0,11 196,7 19,67 15,00 29 9,50 19,2 0,11 192,1 19,21 16,00 29 9,35 18,8 0,11 188,4 18,84 17,00 28 9,21 18,5 0,10 185,2 18,52 18,00 28 9,08 18,3 0,10 182,6 18,26 19,00 27 8,96 18,0 0,10 180,2 18,02 20,00 27 8,85 17,8 0,10 178,0 17,80 21,00 27 8,75 17,6 0,10 176,0 17,60 22,00 26 8,66 17,4 0,10 174,1 17,41 23,00 26 8,57 17,2 0,10 172,3 17,23
121
Continuación Tabla D.22: Concentración en el Tiempo Torre Sin Recirculación
Tiempo [min] M Inicial Evap [Kg] ∆ Masa Evaporada Masa Galpón [Kg] Req NaOH [m3] Cs galpón [mg/l] Cs Torre [mg/l]24,00 26 8,49 17,1 0,10 170,6 17,06 25,00 25 8,42 16,9 0,10 169,0 16,90 26,00 25 8,35 16,8 0,09 167,6 16,76 27,00 25 8,28 16,6 0,09 166,2 16,62 28,00 25 8,21 16,5 0,09 164,9 16,49 29,00 25 8,15 16,4 0,09 163,6 16,36 30,00 24 8,10 16,2 0,09 162,5 16,25 31,00 24 8,04 16,1 0,09 161,3 16,13 32,00 24 7,99 16,0 0,09 160,3 16,03 33,00 24 7,94 15,9 0,09 159,3 15,93 34,00 24 7,89 15,8 0,09 158,3 15,83 35,00 24 7,85 15,7 0,09 157,4 15,74 36,00 24 7,80 15,7 0,09 156,5 15,65 37,00 23 7,76 15,6 0,09 155,7 15,57 38,00 23 7,72 15,5 0,09 154,8 15,48 39,00 23 7,69 15,4 0,09 154,1 15,41 40,00 23 7,65 15,3 0,09 153,3 15,33 41,00 23 7,61 15,3 0,09 152,6 15,26 42,00 23 7,58 15,2 0,09 151,9 15,19 43,00 23 7,55 15,1 0,09 151,2 15,12 44,00 23 7,51 15,1 0,08 150,6 15,06 45,00 23 7,48 15,0 0,08 150,0 15,00 46,00 22 7,45 14,9 0,08 149,4 14,94 47,00 22 7,43 14,9 0,08 148,8 14,88 48,00 22 7,40 14,8 0,08 148,2 14,82 49,00 22 7,37 14,8 0,08 147,7 14,77 50,00 22 7,34 14,7 0,08 147,1 14,71 51,00 22 7,32 14,7 0,08 146,6 14,66 52,00 22 7,29 14,6 0,08 146,1 14,61 53,00 22 7,27 14,6 0,08 145,6 14,56 54,00 22 7,25 14,5 0,08 145,2 14,52 55,00 22 7,23 14,5 0,08 144,7 14,47 56,00 22 7,20 14,4 0,08 144,3 14,43 57,00 22 7,18 14,4 0,08 143,8 14,38 58,00 22 7,16 14,3 0,08 143,4 14,34 59,00 21 7,14 14,3 0,08 143,0 14,30 60,00 21 7,12 14,3 0,08 142,6 14,26 61,00 21 7,10 14,2 0,08 142,2 14,22 62,00 21 7,08 14,2 0,08 141,8 14,18 63,00 21 7,06 14,1 0,08 141,5 14,15 64,00 21 7,05 14,1 0,08 141,1 14,11 65,00 21 7,03 14,1 0,08 140,8 14,08 66,00 21 7,01 14,0 0,08 140,4 14,04 67,00 21 7,00 14,0 0,08 140,1 14,01 68,00 21 6,98 14,0 0,08 139,7 13,97 69,00 21 6,96 13,9 0,08 139,4 13,94 70,00 21 6,95 13,9 0,08 139,1 13,91 71,00 21 6,93 13,9 0,08 138,8 13,88 72,00 21 6,92 13,8 0,08 138,5 13,85 73,00 21 6,90 13,8 0,08 138,2 13,82 74,00 21 6,89 13,8 0,08 137,9 13,79 75,00 21 6,87 13,8 0,08 137,6 13,76 76,00 21 6,86 13,7 0,08 137,3 13,73
122
Tabla D. 23: Concentración en el Tiempo Torres Con Recirculación Tiempo [min] ∆ Masa Evaporada M Inicial [Kg] M salida Galpón [Kg] M Neutralizada [Kg] M Final [Kg] Ce Torre [mg/l] Cs Torre [mg/l]
0 0.0 324.3 108.1 97.3 226.99 2269.9 226.99 1 40.6 240.5 80.2 72.2 168.37 1683.7 168.37 2 19.6 174.9 58.3 52.5 122.44 1224.4 122.44 3 16.2 127.8 42.6 38.3 89.48 894.8 89.48 4 14.4 94.3 31.4 28.3 66.00 660.0 66.00 5 13.3 70.4 23.5 21.1 49.29 492.9 49.29 6 12.4 53.4 17.8 16.0 37.41 374.1 37.41 7 11.8 41.3 13.8 12.4 28.94 289.4 28.94 8 11.3 32.7 10.9 9.8 22.91 229.1 22.91 9 10.9 26.6 8.9 8.0 18.59 185.9 18.59
10 10.6 22.1 7.4 6.6 15.49 154.9 15.49 11 10.3 18.9 6.3 5.7 13.25 132.5 13.25 12 10.1 16.6 5.5 5.0 11.63 116.3 11.63 13 9.9 14.9 5.0 4.5 10.44 104.4 10.44 14 9.7 13.7 4.6 4.1 9.57 95.7 9.57 15 9.5 12.7 4.2 3.8 8.91 89.1 8.91 16 9.3 12.0 4.0 3.6 8.42 84.2 8.42 17 9.2 11.5 3.8 3.4 8.04 80.4 8.04 18 9.1 11.1 3.7 3.3 7.75 77.5 7.75 19 9.0 10.7 3.6 3.2 7.52 75.2 7.52 20 8.9 10.5 3.5 3.1 7.33 73.3 7.33 21 8.8 10.2 3.4 3.1 7.17 71.7 7.17 22 8.7 10.1 3.4 3.0 7.04 70.4 7.04 23 8.6 9.9 3.3 3.0 6.93 69.3 6.93 24 8.5 9.8 3.3 2.9 6.83 68.3 6.83 25 8.4 9.6 3.2 2.9 6.75 67.5 6.75 26 8.3 9.5 3.2 2.9 6.67 66.7 6.67 27 8.3 9.4 3.1 2.8 6.60 66.0 6.60 28 8.2 9.3 3.1 2.8 6.54 65.4 6.54 29 8.2 9.3 3.1 2.8 6.48 64.8 6.48 30 8.1 9.2 3.1 2.8 6.42 64.2 6.42 31 8.0 9.1 3.0 2.7 6.37 63.7 6.37 32 8.0 9.0 3.0 2.7 6.33 63.3 6.33 33 7.9 9.0 3.0 2.7 6.28 62.8 6.28 34 7.9 8.9 3.0 2.7 6.24 62.4 6.24 35 7.8 8.9 3.0 2.7 6.20 62.0 6.20 36 7.8 8.8 2.9 2.6 6.16 61.6 6.16 37 7.8 8.7 2.9 2.6 6.12 61.2 6.12 38 7.7 8.7 2.9 2.6 6.09 60.9 6.09 39 7.7 8.7 2.9 2.6 6.06 60.6 6.06 40 7.6 8.6 2.9 2.6 6.02 60.2 6.02 41 7.6 8.6 2.9 2.6 5.99 59.9 5.99 42 7.6 8.5 2.8 2.6 5.96 59.6 5.96 43 7.5 8.5 2.8 2.5 5.94 59.4 5.94 44 7.5 8.4 2.8 2.5 5.91 59.1 5.91 45 7.5 8.4 2.8 2.5 5.88 58.8 5.88 46 7.5 8.4 2.8 2.5 5.86 58.6 5.86 47 7.4 8.3 2.8 2.5 5.83 58.3 5.83 48 7.4 8.3 2.8 2.5 5.81 58.1 5.81
123
Continuación Tabla D.23: Concentración en el Tiempo Con Recirculación
Tiempo [min] ∆ Masa Evaporada M Inicial [Kg] M salida Galpón [Kg] M Neutralizada [Kg] M Final [Kg] Ce Torre [mg/l] Cs Torre [mg/l]49 7.4 8.3 2.8 2.5 5.79 57.9 5.79 50 7.3 8.2 2.7 2.5 5.76 57.6 5.76 51 7.3 8.2 2.7 2.5 5.74 57.4 5.74 52 7.3 8.2 2.7 2.5 5.72 57.2 5.72 53 7.3 8.1 2.7 2.4 5.70 57.0 5.70 54 7.2 8.1 2.7 2.4 5.68 56.8 5.68 55 7.2 8.1 2.7 2.4 5.66 56.6 5.66 56 7.2 8.1 2.7 2.4 5.65 56.5 5.65 57 7.2 8.0 2.7 2.4 5.63 56.3 5.63 58 7.2 8.0 2.7 2.4 5.61 56.1 5.61 59 7.1 8.0 2.7 2.4 5.59 55.9 5.59 60 7.1 8.0 2.7 2.4 5.58 55.8 5.58 61 7.1 7.9 2.6 2.4 5.56 55.6 5.56 62 7.1 7.9 2.6 2.4 5.55 55.5 5.55 63 7.1 7.9 2.6 2.4 5.53 55.3 5.53 64 7.0 7.9 2.6 2.4 5.52 55.2 5.52 65 7.0 7.9 2.6 2.4 5.50 55.0 5.50 66 7.0 7.8 2.6 2.4 5.49 54.9 5.49 67 7.0 7.8 2.6 2.3 5.47 54.7 5.47 68 7.0 7.8 2.6 2.3 5.46 54.6 5.46 69 7.0 7.8 2.6 2.3 5.45 54.5 5.45 70 6.9 7.8 2.6 2.3 5.43 54.3 5.43 71 6.9 7.7 2.6 2.3 5.42 54.2 5.42 72 6.9 7.7 2.6 2.3 5.41 54.1 5.41 73 6.9 7.7 2.6 2.3 5.40 54.0 5.40 74 6.9 7.7 2.6 2.3 5.38 53.8 5.38 75 6.9 7.7 2.6 2.3 5.37 53.7 5.37 76 6.9 7.7 2.6 2.3 5.36 53.6 5.36
124
ANEXO E: P & ID (Process & Instrumentation Diagram)
125
ANEXO DIGITAL: Diseño de Torres de Neutralización
