INDICE I.
II. III. IV. V. VI.
VII. VIII.
IX.
INTRODUCCIO INTRODUCCION N ........................................... .................................................................. ............................................. ............................. ....... 1.1.1 DESCRIPCIÓN DEL TEMA 1.1.2 INTERÉS CIENTÍFICO Y SOCIAL TÍTULO ............................................. .................................................................... ............................................. ........................................ .................. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ................ ........ ................ ................ ................. ................. ................ ............. ..... 3.1.1 INTERÉS PARA LA COMUNIDAD CIENTÍFICA FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ................. ......... ................ ................ ................ ................. ................. ................ ............. ..... PREGUNTA E HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN ................. ........ ................. ................ ................ ................. ............ ... DEFINICIÓN DEFINICIÓN DE OBJETIVOS OBJETIVOS.......................................... ................................................................ ..................................... ............... 6.1.1 OBJETIVO GENERAL 6.1.2 OBJETIVO ESPECIFICO METODOLOGÍA................................................................................................ INGENIERIA INGENIERIA DE PROCESO PROCESO ............................................ .................................................................. ..................................... ............... 8.1 MATERIA PRIMA 8.1.1 GASES DE COMBUSTION 8.1.2 AGUA 8.2 DESCRIPCION DEL PROCESO ............................................................................. 8.2.1 CALCULO DE LA CURVA DE EQUILIBRIO EQUILIBRIO ............................................... DISEÑO DE LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION................ ....... ................. ................ ................ ................ ........
2
3 4 4 4 5
5 5
6 6 9
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Torre de Absorción
I. INTRODUCCIÓN 1.1 Descripción del tema La absorción de gases es una operación básica de la ingeniería química, que estudia la separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa por disolución en un líquido. Por lo tanto, en esta operación se efectúa el transporte de materia del componente o componentes de la fase gaseosa solubles en el líquido absorbente, desde la fase gaseosa a la liquida. Nosotros consideramos solamente el caso más sencillo en que la fase gaseosa contenga solo un componente soluble en la fase liquida y que, en las condiciones de operación, el líquido absorbente tenga una tensión de vapor muy pequeña, que supondremos despreciable a no ser que se indique lo contrario. Cuando cualquier componente gaseoso absorbido en un líquido se separa de aquel por medio otro gas (no soluble en el líquido), la operación se denomina desorción o stripping, siendo opuesta a la absorción en cuanto a que representa transporte de materia desde la fase liquida a la gaseosa. Dado que los efectos térmicos que acompañan a la absorción suelen ser muy pequeños,
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DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION DE PLATOS PARA EL PROCESO DE ABSORCION AIRE - SO2 – AGUA
DOCENTE: ING. BEATRIZ ADANIYA
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III. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACIÓN Uno de los principales motivos por lo cual es crucial disminuir la concentración de SO 2 producido como consecuencia de diversos procesos industriales radica en su influyente impacto negativo en el ambiente contaminándolo de manera que afecta directamente no solo a las personas sino a la vida en general por las repercusiones que tiene a corto, mediano y largo plazo en la conservación del entorno y en la salud.
3.1 Interés Para La Comunidad Científica La comunidad científica apoya todo avance tecnológico si de reducir contaminantes se trata dado su profundo interés en reducir en disminuir la producción de gases nocivos de efecto invernadero.
IV. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Se va a eliminar el SO2 del gas de producto de la combustión de un aceite residual. Para esto, el gas se lavara con agua El gas entra a 0.71 m3/min, a una temperatura de 25 °C y 1 atm, que contiene 0.045 % en volumen de SO2, el cual se le eliminara un 90 % en 2 torres de absorción.
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VI. OBJETIVOS 6.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el estudio del diseño de torres de absorción para el proceso de absorción aire - SO2 - agua
6.2 OBJETIVO ESPECIFICO a) b) c) d) e) f)
Calcular la curva de equilibrio y operación Determinar el número de platos teóricos Determinar la eficiencia de la columna Determinar el número de platos reales Determinar el diámetro de la columna Determinar la altura de la columna
VII. METODOLOGÍA La investigación cuantitativa es aquella en la que se recogen y analizan datos cuantitativos sobre variables. La investigación cuantitativa a su vez tiene como características:
Confirmatoria Inferencial Deductiva
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8.1.2 AGUA El agua, denominado como el disolvente universal, es la mejor elección como disolvente, desde un punto de vista medioambiental, ya que no es ni inflamable, ni tóxica, ni corrosiva. Para el proceso se utilizara agua potable, el cual el único tratamiento que será necesario es el de colado y sedimentación.
Tabla 1.2. Propiedades físico-químicas del Agua Propiedad Formula Masa Molecular, g.mol-1 Viscosidad, 25 °C, cp. Tensión Superficial a 25 °C, dinas/cm Densidad, Kg/m3, 4°C
H2O 18 0.849 72 1000
8.2 DESCRIPCION DEL PROCESO Se va a eliminar el SO 2 del gas de producto de la combustión de un aceite residual. Para esto, el gas se lavara con agua El gas entra a 0.71 m3/min, a una temperatura de 25 °C y 1 atm, que contiene 0.045 % en volumen de SO , el cual se le eliminara un 90 % en 2 torres de absorción.
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Hallaremos X e Y
∗ 1 ∗ 18 = 100 64 1 = 1 = . = .∗.
Por dato del problema se cumple:
0.00000 0.00010 0.00020
0.0000000 0.0000078 0.0000155
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CURVA DE EQUILIBRIO 0.00080
0.00070
0.00060
0.00050 )
2
O S 0.00040 ( Y
Curva de Equilibrio
0.00030
0.00020
0.00010
0.00000 0.0000000
0.0000100
0.0000200
0.0000300
0.0000400
0.0000500
0.0000600
X (SO2)
Transferencia de Masa
Pág.
8
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XI. DISEÑO DE LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION El gas entra a 0.71 m3/min (0.029 kmol/min), a una temperatura de 25 °C y 1 atm, que contiene 0.045 % en volumen de SO 2, en la primera torre se eliminara el 70 % de SO 2. El flujo de agua entra a 0.392 kmol/min, a 25 ° y 1 atm En la tabla 1.4 se muestran los datos de operación: Tabla 1.4. Solubilidad del SO2 en agua a 25 °C y 1atm Aire – SO2
Agua
Caudal Molar (kmol/min) Densidad (lb/pie3)
0.029 0.07766
0.392 62.113
Masa Molecular (kg/kmol)
30
18
Viscosidad (cp.)
-
0.849
Tensión Superficial (dinas/cm)
-
72
+ = 0.00045 Hallamos
:
Sabemos por dato
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= + = 0.00.28986 392 0.000450.0001350 = . = . En la figura se muestra el diagrama de la torre: SALIDA AGUA – SO2 G1 y1 = 0.000135 Y1 = 0.000135
ENTRADA AGUA L0 = 0.392 kmol/min x0 = 0 X0 = 0
TORRE 1
Torre de Absorción
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CURVA DE EQUILIBRIO Y OPERACIÓN PARA LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION 0.00080
0.00070
0.00060
0.00050 )
2
O S 0.00040 ( Y
Curva de Equilibrio Curva de Operacion
0.00030
0.00020
0.00010
0.00000 0.0000000
Transferencia de Masa
0.0000100
0.0000200
0.0000300 X (SO2)
0.0000400
0.0000500
0.0000600
Pág.
11
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9.1 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS TEORICOS Calcularemos mediante método analítico por ser más exacto. Para ello se usan las ecuaciones
= 1∗ + = Para nuestro proceso
= .∗ . + = . . ∗ . Construimos nuestra tabla
1
Y1 = 0.000135
0.0000105
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ñ = [+ +]∗[ ] = [+ +]∗[+ ] 000450.00042583 ∗ 0.0000233 0.0000215 = 0.00.00582280. 00042583 ∗ 0.0000331 0.0000215 − 4.3506∗10 = 1.81482∗10− = . El número de platos teóricos es:
# = 20.2397 # = . 9.2 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS REALES Hallamos la eficiencia:
100 = 19.2 57.81
Torre de Absorción
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería de Petróleo, Gas Natural y Petroquímica Calculo de
Calculo de
Calculo de
:
Torre de Absorción
= ( ). 20 .
de la gráfica (ANEXO A)
:
0.25
24 pulg
x
20 pulg
0.19
18 pulg
= 20 = 0.21 07766). (72). = 0.21(62.1130. 0.07766 20 = 7.668
Para un sistema conocido no espumante a la presión atmosférica
= 0.9 = 0.9∗7.668
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Para un
= 20
Torre de Absorción
. 4∗ =( ) . 4∗0.06776 =( ) = 0.2937 ≤ 4 = . = .
se cumple
9.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE
= # 1∗ = 101∗20 = = . 9.5 COSTO DE LA TORRE La torre estará construida de acero inoxidable y contara con platos perforados. Para realizar los cálculos de costo de los equipos utilizaremos la información de los equipos
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El costo se halla:
Torre de Absorción
= = = 3.49740.4485∗log0.31990.1074log0.3199 = 2000.099 = 1∗ 0. 0 315 2850 0. 6 ∗ 1 = 0.0063 1 1∗0. 2 985 0. 0 315 2850 0. 6 ∗11 = = 0.5558 0.0063 = 3.5 = 2.251.82∗ 3.5∗0.558 = 5.79 − = $ 11582 Hallamos
Hallamos
:
:
Para los platos:
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. 0. 0 2874 − = $ 41626 ∗ 0.3199 = $ 9805 2011 = $ 9805∗ 1473.3 − = $ 9805∗ 2001 1093.9
− = $ X. DISEÑO DE LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION El gas entra a 0.71 m 3/min (0.029 kmol/min), a una temperatura de 25 °C y 1 atm, que contiene 0.0135 % en volumen de SO 2 (Lo que salió de la primera torre), en la segunda torre se eliminara el 70 % de SO 2. El flujo de agua entra a 0.392 kmol/min, a 25 ° y 1 atm En la tabla 1.5 se muestran los datos de operación:
Tabla 1.5. Solubilidad del SO 2 en agua a 25 °C y 1atm Aire – SO2
Agua
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= 1 = 0.392 ∗1 0 = 0. 3 92 = 1+ = 0.029 ∗10.000135 = 0. 0 28996 = + = + = 0.00.28996 392 0.000135 0.0000405 0 = . = .
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Torre de Absorción
En la figura se muestra el diagrama de la torre:
SALIDA AGUA – SO2 G1 y1 = 0.0000405 Y1 = 0.0000405
ENTRADA AGUA L0 = 0.392 kmol/min x0 = 0 X0 = 0
TORRE 2 1atm 25 °C
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CURVA DE EQUILIBRIO Y OPERACIÓN PARA LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION 0.00040
0.00035
0.00030
0.00025 )
2
O S 0.00020 ( Y
Curva de Equilibrio Curva de Operacion
0.00015
0.00010
0.00005
0.00000 0.0000000
Transferencia de Masa
0.0000050
0.0000100
0.0000150 X (SO2)
0.0000200
0.0000250
0.0000300
Pág.
20
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10.1 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS TEORICOS Calcularemos mediante método analítico por ser más exacto. Para ello se usan las ecuaciones
= 1∗ + = Para nuestro proceso
= .∗ . + = . . ∗ . Construimos nuestra tabla
1
Y1 = 0.0000405
0.00000315
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[+ +]∗[ ] = [+ +]∗[+ ] 0001350.000083∗0.0000070.00000645 = 0.0.00017460. 000083 ∗ 0.000009920.00000645 − = 2.86∗10 3.178∗10− = . El número de platos teóricos es:
# = 20.0834 # = . 10.2 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS REALES Hallamos la eficiencia:
= ∗100 = 19.257.81∗ μ μ = 0.849 = 19.257.81∗0.849 = 23.3098
Torre de Absorción
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Calculo de
:
Torre de Absorción
0.25
24 pulg
x
20 pulg
0.19
18 pulg
= 20 = 0.21 07766 ). (72). = 0.21(62.1130. 0.07766 20 = 7.668
Para un sistema conocido no espumante a la presión atmosférica
Calculo de
= 0.9 = 0.9 ∗7.668 = 6.901 = ∗ 1ℎ
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10.3 CÁLCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE
= # 1 ∗ = 9 1 ∗20 = = . 10.4 COSTO DE LA TORRE La torre estará construida de acero inoxidable y contara con platos perforados. Para realizar los cálculos de costo de los equipos utilizaremos la información de los equipos calculada anteriormente del dimensionamiento de estos. Con l a información y con la ayuda de la tabla A.1, tabla A.2, tabla A.3, figura A.8, tabla A.4, tabla A.6 y figura A.9 del Apéndice A del libro del Turton:
= 0.08952 = 4.06 # = 9 = 1 ≈ 1 = ∗ 4 = ∗ 0.08952 4 = 0.00629 = ∗ = 0.00629∗4.06 = 0.02553
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Para los platos:
= 0.07 = 0.2985 = 9
El costo se halla:
= ∗ ∗ ∗ = = 2.99490.4465∗log0.070.3961log0.07 = 1017.54 = 0.47710.08516∗ 0.3473 = 0.47710.08516∗log100.3473log10 = 1.64 = 1.8 − = $ 27034 − = − − − = $ 38181 Hallamos
:
Hallamos
:
Para nuestra hallar el costo de nuestra torre hallamos por el método de escalamiento
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XI. CONCLUSIONES
La primera torre contara con las siguientes dimensiones: 8.952 cm de diámetro, 4.57 m de altura y 10 platos de 50.8 cm (20 pulg.) de espaciamiento entre ellos.
El costo de la primera torre se calcula en $ 13205
La segunda torre contara las siguientes dimensiones: 8.952 cm de diámetro, 4.06 m de altura y con 9 platos de 50.8 cm (20 pulg.) de espaciamiento entre ellos.
El costo de la segunda torre se calcula en $ 11283
XII. REFERENCIALES
BUELNA QUIJADA, Genoveva “Propuesta de diseño y construcción de un sistema de lavado y purificado de gases de combustión, en planta piloto; método de absorción-adsorción”, México: Universidad de Sonora
MARCILLA GOMIS,A “Introducción a las operaciones de separación”, España:
Universidad de Alicante
PERRY, R.H ; GREEN, W ; MALONES, J “Manual del Ingeniero Químico”, México :
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ANEXO A GRAFICA CF:
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ANEXO B: METODO GRAFICO TORRE DE ABSORCION N°1 0.00080
0.00070
0.00060
0.00050 )
2
O S 0.00040 ( X
0.00030
0.00020
0.00010
0.00000 0.0000000
Transferencia de Masa
0.0000100
0.0000200
0.0000300 Y (SO2)
0.0000400
0.0000500
0.0000600
Pág.
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ANEXO C: METODO GRAFICO TORRE DE ABSORCION N°2 0.00035
0.00030
0.00025
0.00020 )
2
O S ( X
0.00015
0.00010
0.00005
0.00000 0.00000
0.00000
0.00000
0.00001
0.00001
0.00001
0.00001
0.00001
0.00002
0.00002
0.00002
Y (SO2)
Transferencia de Masa
Pág.
29
