REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL DE L A FUERZA ARMADA NÚCLEO FALCÓN - EXTENSIÓN PUNTO FIJO
“ESTUDIO DE LA ABSORCIÓN GASEOSA DEL DIÓXIDO DE CARBONO EN EL AGUA ” Álvarez, Bárbara C.I: 20933780; Granadillo, Cristina C.I 20797957; Morillo, Eulis C.I: 20933071;; Ramones, María C.I: 20798141; Rodriguez, Annielys C.I: 19880685 20933071 Carrera: Ingeniería Petroquímica. Prof. Msc. Ing. Zailex García Laboratorio de Operaciones Unitarias I, sección B, Comunidad Cardón, UNEFA, 28/01/2012 e-mail:
[email protected];
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Resumen: En la siguiente práctica se obtuvo agua carbonatada, (conocida comúnmente como soda) a través del método de absorción gaseosa, haciendo pasar una corriente de dióxido de carbono en agua, empleando aire como gas inerte. El volumen obtenido fue de y una eficiencia del. Cabe destacar, que esta práctica tiene una importancia muy particular, dado que es efectuada de la misma manera en la industria alimenticia para la carbonatación de bebidas gaseosas.
1. INTRODUCCIÓN
Tabla nº2. Propiedades de la mezcla gaseosa.
La absorción de ga ses es una operación en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes del gas y de obtener una [ solución de éstos en el líquido 1] .En esta
oportunidad, se trata de una mezcla gaseosa de CO2 como soluto, unido al aire aire como gas inerte, la cual ingresó a una torre de relleno para absorción, provista de anillos Rashing de 1 in, con el objeto de obtener como producto de fondo agua carbonatada (H2CO3), comúnmente conocida como soda. A partir de los datos obtenidos, se pretende determinar las concentraciones obtenidas de tope y fondo, así como determinar la velocidad de inundación de la torre y la eficiencia del proceso, parámetros clave en el diseño y evaluación de las columnas de absorción. Cabe destacar, que el estudio de esta operación unitaria es muy importante en ingeniería química y destaca las áreas petrolera y alimenticia, dado que constantemente la absorción es utilizada para retirar H 2S de las corrientes de gas y en la carbonatación de bebidas gaseosas, respectivamente.
2. DATOS EXPERIMENTALES. Tabla nº1. Propiedades del agua a 23ºC. PM (Kg/kmol) 18
ρ
(Kg/m³) 997,48
PM CO2 (Kg/kmol)
PM Aire (Kg/kmol)
44
29
Constante de Henry CO2 a 26ºC
Tabla nº3. Densidades de algunas sustancias. Aire (Kg/m³)
Aceite vegetal (Kg/m³)
1,18
Tabla nº 3. Flujos volumétricos alimentados. H2O (L/h) 140
CO2-Aire (m3 /h) 2,3
Tabla nº4. Concentración del NaOH empleado en la titulación con fenolftaleína . [NaOH] M 0,104
[NaOH] N 0,104
µ (Cp) 9,4071.10-4
Tabla nº5. Características de los empaques de la torre de absorción.
Tipo Material D (in)
CO2 de carbono al agua, obteniendo un volumen final de agua carbonatada igual a (). Por otro lado, la velocidad de inundación de la torre fue igual a y la relación L/G obtenida a través de la gráfica de LOGO,
Anillos rashing Vidrio 1
Finalmente, resultó una eficiencia del ()
3. RESULTADOS Tabla nº 1. Volúmenes gastados en la titulación.
6. RECOMENDACIONES
Tiempo (min)
VNaOH (mL)
VNaOH (mL)
10 20
0,45 1,2
1,35 1,5
Tabla nº 2. Algunas variables del proceso. Tiempo ΔP (min) (mmHg) 10 20
36 40
T1 (ºC) 80,8 79,6
T2 (ºC) 80,8 79,6
Mantener correctamente ubicado flotador que mide el nivel del agua.
el
Tapar inmediatamente los colectores de tope y fondo a fines de evitar la evaporación de los mismos.
ΔH
(mmHg)
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
18 17
[1]
Treybal, Robert. Operaciones de transferencia de masa. Mc Graw Hill. Segunda Edicion. Pág. 306.
Tabla nº 3. Perfil de Temperaturas. t (min) 10 20
Controlar el flujo de agua en el fondo de la columna.
T3 (ºC) 80,8 79,5
T4 (ºC) 80,9 80
8. NOMENCLATURA. V: Volumen de la muestra [mL] ρ: densidad del fluido [Kg/m³]
PM: peso molecular de la sustancia [Kg/kmol]
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS. Cristina Granadillo. , Bárbara Alvarez. Eulis Morillo. María Ramones. Annielys Rodriguez. 5. CONCLUSIONES
µ: viscosidad del fluido [Cp] D: diámetro de los anillos de la torre [in] Xf : composición molar de la alimentación. Q: caudal de alimentación [L/h] F: flujo de alimentación molar [kmol/h] VNaOH: Volumen de hidróxido de sodio usado en la titulación [mL]. H: Altura del gas [mmHg]
Al evaluar el proceso de absorción para una carga de agua junto a una mezcla gaseosa constituida por CO2 y aire, se calculó que sólo se transfirió () del
ΔP: caída de presión de la torre [mmHg]
t : tiempo [min]
9. APÉNDICE
BALANCE POR COMPONENTE. FX F
DX D RX R
F X F = (DX D + BX B) R.const.+(D X D + RX R) R.total+(DX D +RX R) R.variable + ( RX R) final
Flujo molar de Alimentación (F)(Kmol) a reflujo total.
Flujo Molar del Residuo (R)(Kmol) a reflujo total. R V R x molar _ mezcla molar _ mezcla
R= 0,047 kg *
F V F x molar _ mezcla molar _ mezcla
x F molar _ e tan ol (1 x F ) molar _ agua
= 6,539 kg.
F= 6,539kg *
Reflujo Constante= 40%.
Flujo Molar del Destilado (D)(kmol)
Flujo Molar del Destilado a reflujo total (D)(Kmol) D V D x molar _ mezcla molar _ mezcla
x D molar _ e tan ol
x R molar _ e tan ol (1 x R ) molar _ agua
D= ∑ Vd x
ρ
molar_mezcla
ρ molar_mezcla = Xd x molar _ etanol + ( 1 – ρ Xd) x molar _ agua (1 x D ) molar _ agua
ρ
ρ
molar_mezcla = 0,33 x 790 kg/m3 + (1- 0.33) x 1000 kg/m3 ρ
molar_mezcla = 930,7 kg/m3.
Vd= 337 ml_______ l= 0,337 l. 0,337 l x
3. 3 3
D= 0,000337 m x 930,790 Kg/m D= 0,314 kg.
Kg____ Kmol.
Flujo molar de destilado (D)(kmol)
Pm= ( Xe x Pme) + (Xa x Pma) Pm= (0,33 x 46 kg/mol) + (0,67 x 16 kg/mol Pm= 25,9 Kg/mol.
Correspondiente a un relación de reflujo R=50%
Pm= = N= N=
Donde: ( ) Para la sustitución de la ec. 2 es necesario Tomar en cuenta
N= D= 0,012 Kmol.
Flujo Molar del Residuo (R) (Kmol) R= ∑ Vr x ρ
ρ
molar_mezcla
ρ molar_mezcla = Xr x molar _ etanol + ( 1 – ρ Xr) x molar _ agua ρ
3
molar_mezcla = 0,245 x 790 kg/m + 3 (1- 0,245) x 1000 kg/m ρ
molar_mezcla = 948,55 kg/m 3 Vr= 100ml ______ l= 0,1 l. 0,1 l x
= 0,0001 m3 3
3
R= 0,0001 m x 948,55 kg/m = R= 0,094855 kg. Kg____ Kmol. Pm= ( Xe x Pme) + (Xa x Pma) Pm= (0,245 x 46 kg/Kmol) + ( 0,755 x 16 kg/Kmol) Pm= 23,35 kg /Kmol.
= N= N= =
0.147kg 0.00596 kmol Flujo Molar del Residuo (R) (Kmol)
;
Pm=
N= R= 0,041 Kmol.
Reflujo Variable= 50%.
Reflujo variable= 60%
Flujo molar de destilado (D)(kmol)
Donde: T exp= 85 min= 5100 seg. Potencia= 1000 j/seg.
F másico= Q h2o x ρ h2o
Flujo Molar del Residuo (R) (Kmol)
3
Donde:
-5
Q h2o= 150 l/h _______ m /seg= 4.17x10 3 m /seg. -5
3
3
F másico= 4.17x10 m /seg x 1000 kg/m F másico = 0,0417 kg/seg.
ºC )) = = 5100,488 Kj.
RENDIMIENTO DE LA TORRE
x100 R= x100 R= x100= 14,29% R=
PORCENTAJE DE ERROR: % Error
( Fteorica F exp) Fteorica
*100%
Flujo de Alimentación Experimental (F exp )
F Exp D B
PÉRDIDAS DE CALOR EN LA TORRE: Calor disipado en el proceso.
+
TIEMPO DE OPERACIÓN. Destilado t OP
D t
( A lim entación Re siduo)mol Destilado ( mol min )
∑ ∑ 8,0788min
Eficiencia del proceso D * X Ef icienciaPr oceso
D
F Exp * X
*100
F
Donde XD corresponde a la composición a reflujo variable
(∑ )] [∑ * 100
