Diseño de absorbedor En el siguiente problema se requiere del diseño de un absorbedor multicomponente, que cumpla con las especificaciones que se solicitan. En una planta de amoniaco se quieren absorber trazas de argón y metano que hay en una corriente de nitrógeno, usando u sando amoniaco líquido. La operación es a 253.2 2 53.2 K y 175 atm de presión. la tasa del flujo del gas de alimentación es de 1000 kgmol/h. El gas contiene .00024 de argón y .00129 de metano, fracciones molares. Deseamos eliminar el 95% del metano. El amoniaco líquido que entra es puro. Trabaje con (L/V)=1.4(L/V)min. Suponga que los flujos totales de gas y liquido son constantes. Los datos de equilibrio a 25.2 K son: Metano: presión parcial del metano en atm=3600(fracción molar de metano en el líquido) Argón: presión parcial del metano en atm=7700(fracción molar de argón en el líquido) a. b. c. d. e.
Calcule la fracción molar de metano metano en el gas de salida Calcule (L/V)min y (L/V) real Determine la fracción molar de metano en el líquido que sale Calcule la cantidad necesaria de etapas de equilibrio equilibrio Calcule las fracciones molares de argón que salen en el líquido y en en el gas, y él % de recuperación de argón en el liquido
Para resolver el problema, se programó en Matlab el cálculo de numero de etapas en el absorbedor, el diámetro de la columna, la eficiencia y la caída de presión, en las siguientes figuras
Fig1. Programa para calcular el diámetro de columna
Fig2. Programa para el cálculo de caída de presión
Fig3. Programa para el cálculo de eficiencia de Murphree
Programa que conjunta el cálculo del número de etapas, diámetro de columna, caída de presión y eficiencia de Murphree function absorbedor_multicomponente(M,X0,P,H,R,CI,ynar,Ha) % Este programa simula la absorcion multicomponente de mezclas diluidas k=H/P; ka=Ha/P; V=M*(1-CI); MR=R*CI*M; MS=(1-R)*(CI*M); Yn1=(MS+MR)/V; Y1=MS/V; VLmin=((Yn1-Y1))/(((Yn1/(Yn1*(k-1)+k)))-X0); VL=1.4*VLmin; XN=MR/VL; L=1.4*V*((Yn1-Y1))/(((Yn1/(Yn1*(k-1)+k)))-X0); contador=0; Y=Y1; while Y
Xa=yar/(ka+(1-ka)*yar); yar=Xa*(VL)+yar-X0*VL; contador1=contador1+1; if contador1==contador break; end
end yo=yar; disp('-----------------------------------------------------' ); disp('L V/L XN N Yar'); disp('-----------------------------------------------------' ); fprintf('%f,%f,%f,%f,%f\n',L,VL,XN,contador,yo); disp('-----------------------------------------------------' ); % Dimensionamiento de la columna de absorcion DT=Diametro_de_columna(16.04,39.948,17,P,253,MR,L,V,CI,70); fprintf('El diametro de la columna en metros es D=%f\n',DT); % Caida de presion en la columna HT=caida_de_presion(2,.1875,.07,9.8,P,2533,39.948,180); fprintf('La caida de presion en la columna en metros es AP=%f\n',HT); % Calculo de le eficiencia de la columna EMv=eficiencia(k,VL); fprintf('La eficiencia de la columna es E=%f\n',EMv);
El programa se corre y arroja los resultados que muestra la figura 4. Donde: L es el flujo molar del líquido necesario para una recuperación de 95% de metano. L/V es la relación de líquido sobre vapor que existe en la salida de la columna. XN es la fracción de metano en el líquido de salida. N es el número de etapas del absorbedor. Yar es la fracción de Argón final en la corriente de salida de vapor.
Fig4. Corrida del programa y resultados
Simulación del problema en Aspen plus 8.8
V1
B1 L0
VN1
LN
Resultados obtenidos de la simulación Heat and Material Balance Table Stream ID
L0
Temperature
K
Pressure
atm
Vapor Frac
VN1
V1
LN
253.2
253.2
260.1
240.4
175.00
175.00
175.00
175.00
0.000
1.000
1.000
0.000
27.393
100.000
85.209
42.184
Mole Flow
kmol/hr
Mass Flow
kg/hr
466.511
3991.430
3227.527
1230.414
l/min
14.654
179.344
134.309
24.616
Enthalpy
MMBtu/hr
-1.823
-0.265
-0.635
-1.454
Mole Flow
kmol/hr 7.599
19.794
Volume Flow
NH3
27.393
AR
99.847
77.506
22.341
CH4
0.129
0.084
0.045
N2
0.024
0.019
0.005
0.089
0.469
Mole Frac NH3
1.000
AR
0.998
0.910
0.530
CH4
0.001
991 PPM
0.001
240 PPM
227 PPM
110 PPM
N2
