Absorci³n en Torres Rellenas - Apuntes - Transferencia de Masa

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Describe las partes de una torre de absorción, los tipos de empaques y sus características, ventajas y desventajas de utilizar torres empacadas

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    Gua de Problemas N7: Absorcin en torres rellenas 1.- Una corriente de aire caliente, saturado con vapor de agua, a 80C y 101.3 kPa de presin absoluta total ser secado en contracorriente en una torre rellena por medio de una solucin acuosa de NaOH al 60% en peso. Los datos para el equilibrio lquido-vapor de soluciones de NaOH se dan en la tabla. El vapor de agua contenido en el aire de salida no debe ser mayor que 0.025 fraccin molar. a) Determinar el tipo de coordenadas a usar tal que la lnea de operacin para esta torre sea una recta. Si la torre es enfriada internamente de manera de mantener el sistema a 80C: b) Determinar la mnima velocidad de flujo de solucin de NaOH a alimentar que es requerida por m3/h de

    aire de entrada, medida en condiciones standard (0C y 101.3kPa), an para una torre de altura infinita. c) Si la altura de una unidad de transferencia HTOG para este proceso es de 0.457 m, determinar la altura de

    relleno requerida si la velocidad de alimentacin de solucin de NaOH es de dos veces la mnima. d) Si el proceso se lleva a cabo en un equipo en etapas cul ser el nmero de etapas en equilibrio

    requeridas? e) Cul sera la altura equivalente de plato terico?

    = 80 = 101.3 60%/ 2 = 0.025 a) La representacin grfica de la lnea de operacin como una lnea recta, depende en gran parte de las unidades en las cuales estn expresadas las concentraciones del balance de materia. Son lneas rectas si la relacin de moles para la concentracin est basada en cantidades constantes, ES y RS. Si se grafica la ecuacin del balance con flujos locales sobre las coordenadas de fraccin mol, o si se utiliza cualquier unidad de concentracin proporcional a las fracciones mol (como la presin parcial, por ejemplo), la curva de operacin obtenida puede variar. En cualquier operacin en donde las cantidades totales de cada una de las fases E y R permanezcan constantes mientras que las composiciones cambian debido a la difusin de varios componentes, un diagrama en funcin de la fraccin mol dar una lnea de operacin recta. Si todos los componentes se difunden de tal forma que las cantidades totales de cada fase no permanezcan constantes, generalmente la lnea de operacin ser una curva. La lnea de operacin a corriente paralela es una representacin grfica del balance de materia. Un punto sobre la lnea representa las concentraciones promedio de las corrientes en contacto recproco en cualquier seccin del aparato. En consecuencia, la lnea parte del punto que representa las corrientes que entran en el aparato y llega hasta el que representa las corrientes efluentes. Como en el caso de corriente paralela, la linearidad de la lnea de operacin depende del mtodo para expresar las concentraciones. Las lneas de operacin de son rectas, si las concentraciones en relacin de moles X y Y se basan en las cantidades RS y ES, las cuales, segn se estableci seran constantes. Si para este caso se utilizan fracciones mol (o cantidades como presiones parciales, que son proporcionales a las fracciones mol), las lneas de operacin sern curvas. Sin embargo, para algunas operaciones, si la cantidad total de cada una de las fases E y R es constante mientras que las composiciones cambian, el diagrama de fraccin mol proporcionar lneas de operacin rectas. Sin embargo, al igual que en el caso a corriente paralela, la lnea de operacin ser generalmente una curva, si todos los componentes se difunden de tal manera que las cantidades totales de cada fase no permanezcan constantes. La lnea de operacin a contracorriente es una representacin grfica del balance de materia, que pasa desde el punto que representa las corrientes en un lado del aparato hasta el punto que las representa en el otro. Un punto sobre la lnea representa las concentraciones promedio de las corrientes que se encuentran en cualquier seccin en el aparato. b)

    | =273=101.3 =?

    | =273=101.3 = (2 1)(2 1)

    c)

    = 0.457

    = 2

    = =? d) Si el proceso se lleva a cabo en un equipo en etapas cul ser el nmero de etapas en equilibrio requeridas? e) Cul sera la altura equivalente de plato terico? 2.- Un gas de salida de un fermentador, que consiste en una mezcla de aire-CO2 a 1 atm de presin, y contiene 10% en moles de CO2 se absorber en forma continua en 6 kg/s de una solucin de trietanolamina (PM=48), que contiene 0.02 moles de CO2 por mol solucin de trietanolamina. El

    kg NaOH 100kg Agua en solucin

    Presin Parcial de Equilibrio de Agua

    a 80C (mm Hg) 0 355.5

    10 325.5 20 288.5 30 246.0 40 202.0 50 160.5 60 124.0 70 94.0 80 70.5 90 53.0

    100 38.5 120 20.5 140 11.0 160 6.0

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    caudal volumtrico de gas a tratar es de 2.5 m3/s. El lquido de salida puede contener hasta el 80% de la concentracin mxima de CO2 que podra alcanzarse con una torre de altura infinita. La columna operar isotrmicamente a 25C, al 70% de su velocidad de inundacin y estar rellena con anillos de Raschig de cermica de 25 mm (1). El rea interfacial para la absorcin se estima en a=50 m2/m3. En una prueba de laboratorio, se determin que kG, kL y KL se mantienen aproximadamente constantes en toda la torre. En todos los clculos considere que las densidades de lquido y gas se mantienen constantes e igual a 1050 kg/m3 y 1.187 kg/m3, respectivamente. Calcule: a) el porcentaje de recuperacin de CO2. b) el dimetro de la torre. c) la altura de relleno necesaria. Qu le sugiere este resultado? Qu arreglos propondra para poder realizar la separacin propuesta? Datos de equilibrio (relaciones molares)

    Y 0 0.003 0.008 0.015 0.023 0.032 0.043 0.055 0.068 0.083 0.099 0.12 X 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11

    = 1 1 = 0.1 = 6 = 48 2 = 0.02 1 = 2.53 1 = 0.8 1 = 25 = 298 = 0.7 = 0.025 = 502

    3 = 0.183

    = 2.61 109 2 = 0.396 = 1050 3 = 1.187 /3

    22 + 11 = 11 + 22

    1 = = 2.53 1 0.082 3 298 = 0.1023

    = 1(1 1) = 0.1023 0.9 = 0.0921

    2 = 2 = 6 0.02 44 + 0.98 48 = 0.125

    = 2(1 2) = 0.125 0.98 = 0.123 Se busca en el grafico la fraccin molar de equilibrio para y1=0.1 1 = 0.1

    1 = 0.8 1 = 0.8 0.1 = 0.08 El sistema puede suponerse diluido, pero como y1 esta al lmite, se emplean relaciones molares:

    1 = 11 1 = 0.11 0.1 = 0.11 1 = 11 1 = 0.081 0.08 = 0.087 2 = 21 2 = 0.021 0.02 = 0.02041

    (2 1) = (2 1)

    2 = 1 + (2 1) = 0.11 + 0.123 0.0921 (0.02041 0.087) = 0.021 a) el porcentaje de recuperacin de CO2.

    % 2 = 100% 1 21 = 100% 1 0.0210.11 = 80.91% b) el dimetro de la torre. Se trabaja con el extremo ms concentrado, es la estrategia ms conservadora. En un absorbedor el extremo mas concentrado es la base de la torre, y en el desorbedor es la cabeza de la misma. Se emplea la correlacin de Leva para buscar el caudal de inundacin. Los caudales empleados en los parmetros de entrada al grafico, no pueden ser los caudales , ya que estos caudales son ficticios, no existen en ninguna parte de la torre, se emplea para hacer ms fcil los clculos nomas. Se puede emplear cualquier otro caudal menos esos. Por ello la posicin conservadora es la de usar el extremo ms concentrado. El mtodo menos conservador seria hacer el promedio de los caudales.

    y1 G1

    y2, G2 x2, L2

    x1 L1

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    = 1(1 1) 1 = (1 1) = 0.0921 (1 0.1) = 0.1023 0.1 44 + 0.9 29 = 3.12 = 1(1 1) 1 = (1 1) = 0.123 (1 0.08) = 0.1337 0.08 44 + 0.92 48 = 6.375

    Para ello se emplea el grafico 6.34 del Treybal y la tabla 6.3 Caractersticas de los empaques

    Caractersticas de un anillo Raschig de

    cermica de = 25

    espesor de pared 3 155 301 0.73 1902 3 58 2 3

    1/2 = 6.375 3.12 1.1871050 3 1.187

    1/2 = 0.069

    De la interseccin en el grafico de la correlacin de Leva de

    1/2 = 0.069 con la curva de inundacin se obtiene:

    2

    0.1( ) = 0.24

    = 0.24 ( )

    0.1 = 0.24 1.187 3 1050 3 1.187 3155 1 103 0.1 = 1.96 2 = 0.7 = 0.7 1.96 2 = 1.373 2

    = 3.12 1.373 2

    = 2.273 2 = 22 = 2.273 2 = 1.7 c) la altura de relleno necesaria. Qu le sugiere este resultado? Qu arreglos propondra para poder realizar la separacin propuesta?

    = = = =

    = ( ) = ( ) 1 FORMA =

    = = 101325 2.61 109 2 = 2.645 104 2 = = 0.1023 /2.273 22.645 104

    2 5023 = 3.4 Jams usar GS LS por mtodo grafico

    = 12 + 12 ln 1 21 1

    = = = 1050 348 0.396 1 3600 = 2.4063 104 2 =

    = 2.4063 104 2 2.645 104

    2 = 9.1 = + = 0.1 + 9.1 0.08 = 0.83 = 9.1 + 0.83 = + = 0.02 + 9.1 0.02 = 0.202 = 9.1 + 0.202

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    De la grafica se pueden extraer una serie de puntos de interfases. Una grafica de 1/(y-yi) vs y cubre grandes rangos de la ordenada, esto puede evitarse reemplazando por su igual ():

    = 12 + 12 ln 1 21 1 = 2.303 log log 1log2 + 1.152 log 1 21 1

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    Por lo tanto

    = 2.303 log log 1log2 + 1.152 log 1 21 1 = 3.543 + 1.152 log 1 0.021 0.1 = 3.586

    = = 3.586 3.4 = 12.2 2 FORMA =

    = 1 1 = = 1 = 1 1 1 = 1 1 = 1 1 0.3961 0.183 = 0.538 = 0.538 = 0.538 2.645 104 2 = 1.423 104 2

    = = 0.1023 /2.273 21.423 104 2 5023 = 6.327

    Con la recta de equilibrio ec Si la recta pasa por 0,0 grafico con ecuaciones parecidas a Kremser. de forma grafica (vlido solo para global). Por lo general siempre es ms fci