Ejercicios de equipos de separación de particulas, Ejercicios de Química Ambiental

¡Descarga Ejercicios de equipos de separación de particulas y más Ejercicios en PDF de Química Ambiental solo en Docsity! ANEXO II: EJERCICIOS DE LOS EQUIPO DE SEPARACIÓN DE PARTICULAS CAMARAS DE SEDIMENTACIÓN: 1. Se tienen vapores de ácido clorhídrico (HCl) en aire a 25°C, con un flujo de 50 f 3/s y se van a colectar en una cámara de sedimentación. La unidad tiene 30 pies de ancho, 20 pies de altura y 50 pies de largo. Una gravedad especifica de partícula de 1.6 y una viscosidad de 0.018 5 cp. Calcular el diámetro mínimo de partícula que puede ser colectado con 100 % de eficiencia. Datos: Q=50 ft3 /s T= 25°C B= 30 ft H= 20 ft L= 50 ft Sp=¿1.6 μ=¿ 0.0185 cp g= 32.2 ft/s2 Solución: De acuerdo con la ecuación de Theodore y Buonicore se calcula el diámetro de partícula, sustituyendo en la ecuación los datos en las mismas unidades. Entonces: Sp= ρ p ρagua →ρp=Sp∗ρagua ρp=1.6∗62.4 lb ft3 =99.84 lb ft3 μ=0.0185 cp(6.72 x1 0−4 lbft∗s∗1cp )=1.2432x10 −5 lb ft∗s d p=[ 18 μQg ρp BL ] 1 /2 =[ 18(1.2432 x10−5 lb ft∗s )(50 ft3 s ) 32.2 ft s2 (99.84 lb ft3 ) (30 ft )(50 ft ) ] 1/ 2 =4.816x 10−6 ft=14.4μm 2. Se va a usar una cámara de sedimentación para colectar partículas de 50μm de diámetro y una densidad de 1,400 Kg/m3, con un gasto volumétrico de 2.5 m3/s. Las dimensiones totales de la cámara son 2m de alto, 4m de ancho, y tendrá 4 charolas incluyendo la superficie del fondo. a) ¿Cuál será el número de Reynolds para el flujo de gas? b) ¿Cuál será la longitud requerida de la cámara para un a eficiencia de colección del 100 por ciento par a partículas de 60μm de diámetro? c) ¿Cuáles serán las eficiencias colectoras fraccionarias para tamaños de partículas de 50, 40, 30, 20 y 10 μm, para la longitud de la cámara obtenida del inciso anterior. Datos: Q=2.5m3/s d p=50μm B= 4m H= 2m L= 8m ρp=1400Kg /m 3 N c=4 μa=1.84 x1 0 −5 Kg/ms ρa=1.185Kg /m 3 g=9.81m/s2 Solución: a) De la gráfica 2.6 del apéndice A para el aire a temperatura y presión estándar la viscosidad del aire e s igual a 1.84x10−5 Kg/ms y su densidad es de 1.185 Kg/m3 para calcular el número de Reynold s se aplica: Nℜ= ρa∗V p∗d p μa La velocidad se calcula con: Q=V∗A∴V=Q A = 2.5m3 s 8m2 =0.313m / s Entonces el número de Reynolds es igual a: N ℜ= (1.185Kg /m3)( 0.313m s )(5 x 10−5m) (1.84 x1 0−5 Kg ms ) =0.998 el regimende flujo es laminar . b) Para calcular la longitud de la cámara se utiliza la ecuación de Theodore y Buonicore, despejando L. η=0.5[ g∗ρp∗BL∗N c 18μa∗Q ]d p 2 ∴L= 18 μa∗Q∗η g∗ρ p∗BL∗N c∗0.5d p 2 L= 18 ( 1.84 x 10−5Kg m∗s )(2.5m 3 s )(1) (6 x10−5m ) 2 (4m)(4)( 1400 Kg m3 )( 9.81m s2 )(0.5) =2.09m [d p ]corte=[ 9μgB c 2 π ntV i ρp ] 1/2 =[ 9 ( 1.8 x10−5Kg ms )(0.15m) 2π (4.8)( 55.55m s )( 1200Kg m3 ) ] 1 /2 =3.476 x 10−6m [d p ]corte=3.476 x 10 −6m(1 x10 6 μm 1m )=3.476 μm c) En la gráfica 2.1 del apéndice A se lee que a un a eficiencia del 20 % le corresponde una relación d p [d p ]corte =0.41, por lo tanto, el tamaño de la partícula que será colectada es: d p [d p ]corte =0.41 entonces d p=0.41 (3.476 μm )=1.42μm Para η=30% tenemos: d p [d p ]corte =0.48 entonces d p=0.48 (3.476μm )=1.67 μm Para η=70 % tenemos: d p [d p ]corte =1.25 entonces d p=1.25 (3.476 μm )=4.34μm Para η=100% tenemos: d p [d p ]corte =10 entonces d p=10 (3.476 μm )=34.76 μm CAMARAS DE ASPERSIÓN 1. Una cámara de aspersión se va a utilizar para colectar polvos de un horno de cubilote. Las mediciones en la chimenea revelan que las emisiones deben reducirse un 85 % para cumplir las normas. Si una unidad piloto de 100 ft3/min se opera con un gasto de agua de 0.5 gal/min a un a presión de agua de 80 psia, qué caída de presión se necesitará a través de una unidad de 10.000 ft3/min. Datos η=85% QG=100 ft 3 /min QL=0.5gal /min Pl=80 psia Solución: Utilizando la ecuación para obtener la eficiencia de colección: η=1−e −α P T β ∴PT= [ ln (1−η)/−α ] 1 β Los valores de α y de β para este proceso son 1.35 y 0.621 respectivamente, sustituyendo se obtiene: PT=[ ln (1−0.85)/−1.35 ] 1 0.621 =1.73 PT=1.73hp/( 1000 ft3 min ) De acuerdo con la ecuación de Semrau, la energía total de contacto es: PT=0.1575∆ P+0.583 Pl( QL QG )∴∆ P= PT−0.583Pl( QL QG ) 0.1575 ∆ P= 1.73−0.583(80 psia)( 0.5 gal /min 100 ft3/min ) 0.1575 =9.5∈de H 2O 2. Se propone utilizar una torre con espreas a la salida de un horno de cal para reducir la carga de sólidos a la atmósfera. La carga de entrada en la corriente de gas del homo es de 5 granos/ft3 y se debe reducir a 0,0 5 granos/ft3 para cumplir con la norma. El diseño señala una Pl de 80 psia y una caída de presión a través de la torre de 5 in de H2O. El gasto del gas es de 10,000 ft3/min y el del agua es de 50 gal/min. Aplique la teoría de energía de contacto y conteste lo siguiente: a) ¿Cumplirá la torre con la norma? b) ¿Qué energía total de contacto se requiere en el sistema para cumplir con la norma? c) Proponga una serie de condiciones de operación para alcanzar la norma. d) ¿Qué conclusiones se pueden deducir con respecto a la aplicación de esta torre para estas características? Datos α=1.26 β=0.57 ΔP=5∈de H2O Pl=80 psia QG=10,000 ft 3 /min QL=50 gal /min Solución: a) La energía total de contacto seria: PT=0.1575∆ P+0.583 Pl( QL QG ) Sustituyendo valores: PT=0.1575(5∈de H 2O)+0.583(80 psia)( 50gal /min 10,000 ft3/min )=¿1.027hp/1000ft 3 /min Entonces se calcula la eficiencia de colección con: η=1−e−α P T β Sustituyendo valores queda: η=1−e−1.26¿¿ Con este resultado no se cumpliría con la norma, y a que está exige un 99% de recolección. b) Como se requiere un 99 % de eficiencia, se calcula la energía total de contacto necesaria con la siguiente ecuación: PT=[ ln(1−η)/−α ] 1 β Los valores de α y de β para este proceso son 1.26 y 0.57 respectivamente, sustituyendo se obtiene: Solución: Para calcular la eficiencia se aplica la siguiente ecuación: η=1−e −[( A)Q ]w Despejando la velocidad de migración w, resulta: −w A Q = ln (1−η)∴w=−Q A ln(1−η) Sustituyendo datos queda: w= −35 ft3/ s (10 ft)(16 ft )(2) ln 0.05=0.328 ft /s 2. Un precipitador electrostático será construido para remover cenizas de una chimenea que tiene un flujo de 10 m3/s. Un análisis previo en otros sistemas parecidos, mostraron que la velocidad de migración es: w=3 x1 05d p( m s ) Determinar el área requerida para las placas con el fin de colectar partículas de 0.5 μm de diámetro y una eficiencia de 90 y 99%. Datos d p=0.5μm Q=10m3/ s Solución: De la ecuación para obtener la eficiencia: η=1−e −[ ( A )Q ]w∴ A=−ln(1−η)(Qw ) Pero como no tenemos la velocidad de migración, esta se calcula por medio de la ecuación sugerida para un diámetro de partícula de 0.5μm. w=3 x1 05(ms ) (0.5 x1 0 −6 )=0.15m /s Sustituyendo valores en la ecuación despejada, se obtiene: Para una eficiencia del 90% A=−ln (1−0.9 )( 10m3 s 0.15m s )=153.5m2 Para una eficiencia del 99% A=−ln (1−0.99 )( 10m3 s 0.15m s )=307m2 Como la ecuación de la eficiencia es logarítmica, un incremento a 99.9 % necesitarla el doble de área. FILTROS BOLSA 1. En un sistema de filtración de bolsas una corriente de aire que contiene 1 grano de partículas por ft3 de aire, da una caída de presión máxima de 5 pIg de H2O a un flujo de 3 ft3/min por ft2 de superficie filtrante. a) Calcular los hp requeridos en el ventilador para dar un flujo de 6,000 ft3/min a través del filtro de bolsas. b) Calcular el número de bolsas filtrantes de 0.5 ft de diámetro por 10 pies de altura que se requieren en el sistema. La eficiencia del motor del ventilador es de 63%. Datos LD=1grano / ft 3 V f=( 3 ft3 min )/( ft2desuperficie filtrante) ΔP=5∈de H2O η=63% Q=6000 ft3/min Solución: a) La cantidad de hp requeridos se calcula con la siguiente ecuación: P= Q∗ΔP∗1.575 x10−4 η = 6000 ft3/min(5∈de H 2O)(1.575x 10 −4 ) 0.63 P=7.5hp b) Con la relación de flujo/superficie filtrante se calcula en número de bolsas necesarias. Si para tratar 3 ft3/min se necesita 1 ft2 de tela filtrante. Entonces para 6,000 ft3/min se necesitan 6000 ft3 min 3 ft3/min ft2 =2000 ft2de tela Área de casa bolsa: π (0.5 ft ) (10 ft )=15.7 ft2 Número de bolsas: tela requerida Área decadabolsa = 2000 15.7 =128bolsas . 2. Cuantas bolsas de 8 in de diámetro у 12 ft de largo deben de utilizarse para tratar el gas de salida de una industria maderera, con una carga de partículas de 2 granos/ft3 у un ventilador que produce 7,000 ft3/min. Estimar la caída de presión después de 4 horas de operación si el coeficiente de resistencia del filtro es de 0 8 in de H2O/ ft min у el coeficiente de resistencia de la capa de polvo es de 3 in de H2O/(1 lb/ft 2 de tela)(ft/min). Considere que la velocidad de filtración es de 2 ft/min. Calcular: a) Área total de la tela b) Área de cada bolsa c) Número de bolsas Datos d=8∈¿0.666 ft H=12 ft LD=2 granos/ ft 3 ( 1lb 7000 granos ) t=4h=240min Q=7000 ft3 /min k1=0.8∈de H2O /( ft min ) k 2=3∈de H 2O /(lb / ft 2 )( ft min ) V f=2 ft /min Solución: