PROBLEMAS DE ABSORCION 1. El diseño diseño de una planta planta requiere requiere un absorbe absorbedor dor para recuper recuperar ar el 95% de acetona acetona desde una corriente de aire utilizando agua como líquido absorbente. El aire que entra contiene un 14 por 100 de acetona. El absorbedor está provisto de refrigeración y opera a 80 °F y 1 atm para dar lugar a un producto que contiene 7% mol de acetona. acetona. La alimentación de agua a la torre contiene 0.02% mol de acetona. acetona. La torre ha de diseñarse para operar al 50% de la velocidad de inundación. (a) ¿Cuántas libras de agua por hora han de introducirse como alimentación de la torre, 3 si el flujo de gas, medido a 1 atm y 32 °F, es de 500 pie /min? (b) ¿Cuántas unidades de transferencia, basadas en la fuerza impulsora global de la fase gaseosa, se necesitan? La presión de vapor de la acetona a 80 °F es 0.33 atm. Para el equilibrio supóngase que:
2. Un absorbe absorbedor dor ha de recupera recuperarr el 99% de amonía amoníaco co de una una corriente corriente de aire/amoníaco, utilizando agua como como líquido absorbente. El El contenido de amoníaco en el el aire aire es de de 20% mol. mol. La temper temperatu atura ra del del absor absorbe bedor dor se se mantie mantiene ne a 30°C 30°C mediante serpentines de refrigeración y la presión presión es de 1 atm. atm. a.- ¿Cuál es el flujo flujo mínimo de agua? agua? b.- ¿Para un un flujo de agua agua 40% superior superior al valor valor mínimo, mínimo, cuántas cuántas unidades unidades globale globaless de transferencia basadas en la fase gaseosa se necesitan? 3. Un gas soluble soluble se absorb absorbee en agua utiliza utilizando ndo una torre torre de relleno. relleno. La relación relación de equilibrio puede tomarse como y e = 0.06x e,. Las condiciones terminales son: Si Hx = 0.24 0.24 m y Hy = 0.36 m. a.- ¿Cuál ¿Cuál será la altura altura de la sección sección empacada empacada?? b.- ¿Cuántas etapas ideales se requieren?
SOLUCION 1.1.- Base Base:: 1 hor horaa Vb= (500/359)*60 = 83.57 lb-mol/h Acetona, ingresa: 0.14*83.57 = 11.70 lb-mol/h Acetona, sale: (1-0.95)*11.70 = 0.585 lb-mol/h Acetona absorbida = 11.70 – 11.70 – 0.585 0.585 = 11.115 lb-mol/h Moles de aire, ingresa: 83.57*(1-0.14) = 71.87 yb = 0.585/(71.87 + 0.585) = 0.008074 Balance Global: Lb = La + 11.115 Balance Balance Liquido: Liquido: 0.05 0.05 Lb = La + 11.115 La = 212.03 lb-mol/h Lb = 223.145 Respondiendo a.- Agua que ingresa a la columna: 212.03*(1-0.0002)*18 212.03*(1-0.0002)*18.02 .02 = 3820 3820 lb/h b.- Para la línea línea de operación operación usamos usamos el BM según: considerando las moles de aire (V’) y agua (L’) ( L’) porque se asume que no cambian a través de la columna, entonces:
De allí tenemos:
y = F(x)/(1 + F(x))
Donde:
Si: ya = 0.008074 xa = 0.0002 L’ = 382 3820/ 0/18 18.0 .02 2 = 21 211.98 .98 V’ = 71. 71.87 87 Como la relación de equilibrio es: Para x = 0.0002 y 0.08, calculamos calculamos y*, y luego resolvemos resolvemos la ecuación: ecuación:
Por integración numérica, la solución será: Noy = 9.34
2.- yb=0.20
xa = 0
P = 1 atm
Base: 1 mol de gas que ingresa Moles de aire que ingresa: 0.80 Moles NH3 que salen: 0.01*0.2 = 0.002 ya = 0.002/(0.8 + 0.002) = 0.00250 Con los datos de equilibrio tabulados a 30 °C y 1 atm x y*
0. 0.00 0000 00 0. 0.00 0040 40 0. 0.008 0080 0 0.000
0.005
0. 0.020 0200 0
0. 0.032 0320 0
0.025
0.040
0.010
0. 0.04 0460 60 0. 0.06 0600 00 0. 0.080 0800 0 0.060
0.082
0.119
0. 0.087 0871 1 0.132
a.- Para el el flujo mínimo mínimo de de agua, agua, cuando cuando yb = 0.20 de la grafica y* vs. x => x b = 0.118 Como la base es 1 mol de gas que ingresa => V’ = 0.8 y con y = yb, x = x b
L’min = 1.48 mol agua/mol gas que ingresa b.- Flujo real de de agua = 1.4*1.48 = 2.072 mol agua/mol gas gas que ingresa ingresa Sabemos que la línea de operación esta dada por:
Para resolver el cálculo de las l as unidades globales de transferencia usamos: Para ello debemos debemos calcular y de la ecuación de la línea de operación, para un x dado tendremos un y, los resultados se muestran: x y* y
0.0000
0.00 4 40 0
0.00 8 80 0
0.0200
0.03 2 20 0
0.04 6 60 0
0.06 0 00 0
0.0800
0.08 7 71 1
0.000
0.005
0.010
0.025
0.040
0.060
0.082
0.119
0.132
0. 0.00 0025 250 0 0. 0.012 01274 74 0. 0.022 02286 86 0. 0.05 0524 246 6 0. 0.081 08100 00 0. 0.113 11300 00 0. 0.14 1437 370 0 0. 0.18 1855 550 0 0. 0.200 20000 00
Integrando numéricamente 1/(y – 1/(y – y*) y*) vs y, entre y = 0.00250 ^ y = 0.2 nos da N oy = 8.4 unidades de transferencia.
3.- La línea de de equilibrio equilibrio y la línea de de operación operación son son funciones funciones linea lineales les de x e y, y, como el gas es diluido, la ecuación: Queda: ------ I
Usando la ecuación: y a part partir ir de los los da datos tos del del pro probl bleema: ma:
y*a = 0
y*b = 0.06*0.08 = 0.0048
ya = 0.001
yb = 0.009
Haciendo el balance de masa V(0.009 – V(0.009 – 0.001) 0.001) = L(0.08 – L(0.08 – 0) 0) V/L = 0.08/0.008 = 10 mV/L = 0.06*10 = 0.6 ____
y L
(0.009 0.0048) (0.001 0) 0.009 0048 ln 0.001
0.00223
Noy = (0.009 – (0.009 – 0.001)/0.00223 0.001)/0.00223 = 3.59 (Numero de etapas ideales) De la ecuación I: H oy = 0.36 + (0.6*0.24) = 0.504 m Altura del empaque; Zt = 3.59*0.504 = 1.81 m
