Curso: Operaciones Unitarias I (9000) Operaciones Unitarias I Notas de Absorción de Gases

Curso: Operaciones Unitarias I (9000)

1

Operaciones Unitarias I

Instructor: Marco Antonio Núñez Esquer

Universidad de Sonora

Operaciones Unitarias I

Notas de Absorción de Gases


2

Ejemplo de Equilibrio en Absorción de Gases

Los datos experimentales de equilibrio para el sistema amoniaco-agua a dos temperaturas (P = 1 atm) se presentan en la siguiente tabla (x,y son fracciones mol de amoniaco en las fases líquido y gas, respectivamente).

x 0 0.0208 0.0258 0.0309 0.0405 0.0503 0.0737

y, 20oC 0 0.0158 0.0197 0.0239 0.0328 0.0416 0.0657

y, 30oC 0 0.0254 0.0321 0.0390 0.0527 0.0671 0.105

x 0.096 0.137 0.175 0.21 0.241 0.297

y, 20oC 0.0915 0.15 0.218 0.298 0.392 0.618

y, 30oC 0.145 0.235 0.342 0.463 0.597 0.945

Graficar en un diagrama x-y (fracciones mol) las curvas de equilibrio a 20oC y

30oC. Cuál es el efecto de la temperatura en la línea de equilibrio?


3


4

Ejemplo de Balance de Materia en Absorción de Gases

La corriente de gas de salida de un reactor químico contiene 25 % mol de

amoniaco y el resto son gases inertes. Esta corriente gaseosa se alimentará a una

columna de absorción que opera a contracorriente para su separación. El flujo molar

total de gas a la entrada de la torre es 181.4 Kgmol/hr, su temperatura es de 303 oK

(30oC) y su presión es 1.013 X 105 Pa. El líquido que se utiliza como solvente es

agua conteniendo 0.005 fracción mol de amoniaco. La concentración de amoniaco

en el gas a la salida de la columna debe ser 2 % mol de soluto.

a) Graficar los datos de la tabla de equilibrio inferior en unidades de relaciones

molares (X,Y).

b) Determine el flujo mínimo de líquido, ls,min.

c) Utilice 1.5 veces ls,min para graficar las líneas de equilibrio y operación en

unidades de relaciones molares (X,Y).

d) Repita la gráfica construída en (c) pero utilizando unidades de fracción mol (x,y).

Los datos de equilibrio del sistema amoniaco-agua a 1 atm y 30 oC, se dan a

continuación (x,y son fracción mol de amoniaco en la fase líquida y gas,

respectivamente).

x 0 0.0208 0.0258 0.0309 0.0405 0.0503 0.0737

y 0 0.0254 0.0321 0.0390 0.0527 0.0671 0.105

x 0.096 0.137 0.175 0.21 0.241 0.297

y 0.145 0.235 0.342 0.463 0.597 0.945


5


6


7

Ejemplo de Diseño de Torre de Platos para Absorción de Gases

Se desea absorber 90 % de la acetona de un gas que contiene 1 % mol de

acetona en aire en una torre de platos a contracorriente. El flujo gaseoso total de

entrada a la torre es 30.0 Kgmol/hr y la entrada total de flujo de agua pura que se

usará para absorber la acetona es 90 Kgmol agua/hr. La presión de la columna es

101.3 KPa y la temperatura es 300 oK. La relación de equilibrio para el sistema

acetona-agua es y = 2.53 x (x = Fracción mol de acetona en fase líquida; y =

Fracción mol de acetona en fase gas).

a) Determine el número de etapas teóricas requeridas para llevar a cabo esta

separación.

b) Si la Eficiencia de Murphree corregida por arrastre en este equipo tiene un

valor de 0.85, calcule el número de etapas reales necesarias.

c) Suponga que la Eficiencia total o global de plato en esta columna tiene un

valor de 0.90. Cuál será el número de platos reales que se requieren para esta

separación?

d) Un ingeniero de diseño ha recomendado que para eliminar la acetona en

este equipo se utilicen platos de capucha. Cuántas etapas reales se necesitarán?


8

ESQUEMA DEL SISTEMA


9


10

Tipos de Eficiencia de Plato

1) Eficiencia puntual (EOG)

local,1n*local

local,1nlocal,nOG

yy

yyE

2) Eficiencia de plato de Murphree (EMG)

1n*n

1nnMG

yy

yyE

3) Eficiencia de Murphree corregida por arrastre (EMGE)

E1

EE1

EE

MG

MGMGE

4) Eficiencia total de plato (EO)

reales,p

ideales,pO

N

NE

5) Eficiencia global de plato para absorbedores de capucha (Fig. 6.24, Treybal)


11

Derivación de Ecuaciones de Kremser Para Absorción de Gases

Balance de masa para el soluto A en la etapa Np


12

Forma gráfica de Ecuaciones de Kremser


13

Derivación de Ecuación de Diseño para Torres Empacadas de Absorción de Gases

ΔZ

Salida de gas

Entrada de líquido

Entrada de gas

Salida de líquido


14

Ejercicio de Absorción de Gases en Torres Empacadas

Una mezcla de benceno y gases inertes desea separarse utilizando un aceite pesado como solvente. Algunas condiciones en la columna de absorción empacada que se utilizará son los siguientes:

Flujo volumétrico de gas entrante: 0.250 m3/seg Temperatura de gas entrante y de operación de la torre: 26oC Presión: 1.07 X 105 N/m2 La mezcla gaseosa de entrada contendrá 2 % en volumen de vapores de

aceite ligero. Se requiere un 96 % de eliminación del flujo molar de benceno que entra. El aceite de lavado va a introducirse a 26oC, contendrá 0.005 fracción mol de benceno y tendrá un peso molecular de 260. Se utilizará un flujo de circulación de aceite de 1.5 veces la mínima. Puede considerarse que las soluciones de aceite de lavado-benceno son ideales.

De resultados preliminares al realizar el balance de materia en el equipo se dispone de los siguientes datos:

GAS y1 = 0.02 y2 = 0.00102 Peso molecular promedio del gas inerte = 11.0 g1 = 0.01075 Kgmol/seg gS = 0.01051 Kgmol/seg Viscosidad = 0.00001 Kg/m.seg DAG = 0.000013 m2/seg LÍQUIDO x2 = 0.005 X2 = 0.00503 x1 = 0.1063 X1 = 0.1190 Peso molecular del aceite de lavado = 260 Viscosidad = 0.002 Kg/m.seg Tensión superficial = 0.03 N/m Densidad = 840 Kg/m3 DAL = 4.77 X 10-10 m2/seg lS = 0.001787 Kgmol/seg Pendiente de la línea de equilibrio = m = y*/x = 0.125 Presión de vapor de benceno a 26o C = 13 330 N/m2 Determine la altura de empaque requerido para una torre empacada de 470

mm. de diámetro, llena con sillas Berl cerámicas de 38 mm. (1.5 pulg.).


15


16


17


18


19


20


21


22

Documents

Curso: Operaciones Unitarias I (9000) Operaciones Unitarias I Notas de Absorción de Gases