OPERACIONES UNITARIAS III. EJERCICIOS PROPUESTOS. (Recomendados para el tema de absorción gaseosa)
1.
Se desea recuperar el 90% del sulfuro de hidrógeno contenido en una corriente de aire que contiene 10% molar de ese componente, para ello se utilizara una torre de absorción en contracorriente con agua. Si el proceso se lleva a cabo de manera isotérmica a 30ºC y a una presión de 1140 mmHg, determine: la expresión que define el equilibrio para este sistema, la relación mínima de moles de agua por moles de aire para la operación de la torre, la composición del líquido a la salida de la torre (en fracción mol) si se alimentan 50L de mezcla gaseosa y se utiliza 125% veces la cantidad de solvente mínimo, número de etapas teóricas para la condición de operación de la torre, las cantidades totales en mol de las cuatro corrientes de la torre, y finalmente, suponga que hubo un cambio en la especificación normal de la torre de absorción y que ahora se desea recuperar el 95%, ¿será posible utilizar esta torre con las condiciones de operación actual? Considere los flujos molares de entrada que ya se conocen, explique y compruebe sus razonamientos y respuesta. Considere la constante de Henri.
2.
Se ha de recuperar el 92% del amoníaco contenido en 100 m de una mezcla amoniaco aire de composición 10% en volumen de amoniaco, por absorción en agua a 20ºC y 2 atm, determine la cantidad necesaria de agua si se emplea la cantidad de 60% veces superior a la mínima, la concentración de la disolución líquida a la salida, y el número de platos necesarios si su eficacia es del 50%.
3.
Para separar el 95% del amoniaco de una corriente de aire que contiene 40% de amoniaco en volumen, se utiliza agua libre de soluto por cada 100 lbmol/h de gas que entra lo que supone un valor superior al mínimo necesario. La presión de operación es de 1 atm y la temperatura 298K, se ha elegido trabajar con monturas intalox de 1,5 pulgadas como relleno de la torre. Realice las siguientes 2 actividades: (a) con una caída de presión de 0,4 pulg de agua/ pie y velocidad másica superficial de gas de 1158 lb/h.pie , determine la relación L/G de operación, (b) con una caída de presión igual a 1,5 plg de agua / pie se alcanza el punto de inundación, determina la velocidad másica superficial del gas en el punto de inundación (c) con una caída de presión igual a 0,25 plg de agua / pie se alcanza el punto de carga, determine la velocidad másica superficial en este punto (d) determine en forma porcentual cuanto representa la velocidad másica de gas de operación con respecto a la velocidad másica del gas en el punto de inundación, interprete el resultado obtenido.
4.
Se sabe que la velocidad de inundación en una columna de absorción aire – amoniaco con agua es de 7481,3 kg/m .h. si la torre opera a 21ºC y 1 atm. Determine la relación L/G correspondiente para ese valor de velocidad de inundación, si la torre está empacada con anillos 3 Rasching de cerámica de 1 plg de diámetro nominal. Tome la densidad del agua como 998 Kg/m y su viscosidad 1cp.
5.
Una columna empacada se va a diseñar para el contacto a contracorriente de una mezcla de benceno-nitrógeno con kerosén, para eliminar el benceno del gas. Las condiciones de operación son las siguientes:
3
2
Gas Entrante 3 53 pie /s 5% mol de benceno (C6H6) 25ºC 16 psia
Gas saliente
Líquido Entrante
Sustancialmente N2 puro
8,82 lbm/s 3 50 lbm/pie 2,3 cp
El empaque estará constituido por anillos de metal Pall de 2 plg de tamaño nominal. Si el diámetro de la torre se debe fijar para producir una caída de presión no mayor a 400 Pa por metro de empaque irrigado, determina el diámetro de la torre en metros. 6.
Una mezcla de 2% mol de amoniaco en aire a 68ºF y 1 atm ha de absorberse con agua en una torre rellena con monturas Intalox de 2 cerámica de 1 plg. El flujo de entrada de agua será 2401 lb/h.pie , y el flujo de gas a la entrada en las mismas unidades será de 240. Suponga un proceso isotérmico para el cual la relación de solubilidad del gas sigue la ley de Henri, con un valor de su constante igual a 2,7 atm/fracción molar. Realice lo siguiente: grafique la curva de operación y la línea de operación del sistema, calcule el flujo mínimo de gau para absorber el 98% del amoniaco, determine la velocidad de inundación y determine la caída de presión por altura empacada y el diámetro de la torre para un flujo de operación de gas igual a 1291,2 lb/h.
7.
Un gas proveniente de un reactor químico contiene 25% mol de amoniaco y el resto son gases inertes. El flujo total es de 181,4 kmol/h y pasa a través de una torre de absorción a una temperatura de 303K y una presión de 101,3kPa, en donde el líquido limpiador es agua que tiene una fracción mol de amoniaco disuelto de 0,005. Se quiere absorber el 92% del amoniaco. El empaque utilizado en la torre es de anillos Rasching de cerámica de 1 plg. Suponga que el sistema tiene un comportamiento ideal, y realice los siguiente: (a) determine el flujo mínimo de agua que se requiere en la columna (b) grafique la curva de equilibrio y la de operación con una relación de operación igual a 1,5 veces la mínima (c) determine el diámetro de la torre si se utiliza un flujo de gas igual al 50% del flujo correspondiente al punto de inundación (d) si la fase dominante del proceso es la fase gas, determine el número de unidades de transferencia (utilice el método de Simpson para la integración) (e) determine la altura de la torre utilizando los valores de equilibrio de la fase gas
Considere lo siguiente:
3
(lbmol/h.pie .fracc.mol), siendo estos valores de flujos másicos superficiales
8.
Se ha de diseñar una columna de relleno para absorber dióxido de carbono de aire en una disolución diluida de sosa caustica. El aire a la 3 entrada contiene 3% mol de dióxido de carbono y se desea obtener una recuperación del 97%. El flujo de gas es de 5000 pie /min a 60ºF y 1 atm. Se puede admitir que para el rango de operación Y = 1,75. X (relación de equilibrio), donde estas son relaciones molares de dióxido a portador. Para estimar el diseño inicial se puede suponer un diámetro de columna de 30 plg con relleno Super intalox de 2 plg de cerámica. Si se admite que la disolución caustica tiene la mismas propiedades del agua, calcule: (a) mínima relación de flujo molar de disolución a aire (b) grafique la curva de equilibrio y la línea de operación (c) número de platos teóricos para (Ls/Gs) = 1,4 veces el valor mínimo (d) caída de presión por pie de altura de la columna (e) número global de unidades de transferencia, y altura de la columna si Kga 2 es igual a 2,6 lbmol/h. pie .atm.
9.
A partir de una mezcla al 10% mol de amoniaco en aire se ha de separar el 95% del amoniaco por absorción en contracorriente con ácido 2 sulfúrico 0,1N operando a 68ºF y 1atm. El flujo de gas a la entrada es de 735 lb/h.pie . Calcule: (a) flujo mínimo de ácido (b) número de etapas teóricas para un flujo de ácido igual a 1,2 veces el mínimo (c) el diámetro de la torre en pies para una caída de presión razonable 3 (d) el número de unidades globales de transferencia para el gas (e) la HOG basada en un KGa de 16 lbmol/h.pie .atm (f) la latura de la columna (g) HETP (defina y explique lo que significa este concepto)
10. El gas que sale de un clorador consiste en una mezcla de 20% mol de cloro en aire. Esta concentración se reduce a un mol porciento de cloro mediante absorción con agua en una columna de relleno que opera isotérmicamente a 20ºC y 1 atm de presión. Para 100 kmol de gas de alimentación, determina flujo mínimo de agua en kg/h y el valor de NOG para un flujo de agua igual al doble del valor mínimo. Considere los siguientes datos de equilibrio:
Datos x-y a 20ºC (en fracciones molares de cloro) x 0,0001 0,00015 0,00020 0,00025 0,00030 y 0,006 0,012 0,024 0,04 0,06 11. Se desea diseñar una columna de relleno para recuperar de forma continua acetona A a partir de aire por absorción con agua a 60ºF. El 3 aire contiene 3% mol de acetona y se desea recuperar un 97%. El flujo de gas es de 50pie /min a 60ºF y 1 atm. La velocidad superficial del gas máxima permitida en la columna es de 2,4 pies/s. Se puede suponer que para el intervalo de operación Y = 1,75X, siendo Y y X relaciones molares, acetona a gas portador. Calcule: (a) máxima concentración posible de acetona en la disolución (b) número de etapas teóricas para una relación de flujo de 1,4 veces el valor mínimo (c) número de unidades globales de transferencia para el gas (d) altura de 2 relleno suponiendo que KYa = 12 lbmol/h.pie .fracc.mol.
12. Una mezcla benceno aire de composición 3% mol en volumen de benceno entra como alimentación a una columna de absorción de relleno que emplea como líquido absorbente un aceite de peso molecular 250. El aceite entra exento de benceno y sale con 8 moles de benceno por 100 de aceite, la concentración del gas a la salida es de 0,003 moles de benceno por mol de aire. La altura de una unidad de transmisión calculada expresando las composiciones por relación de masas es de HOG = 1m. La velocidad másica molar del gas es de 850 2 moles de aire/h.m . El funcionamiento de la torre es isotérmico a 20ºC y 1 atm. Calcule: (a)
Cantidad necesaria de aceite en kg
(b) Número de elementos de transmisión NOG (c)
3
Coeficiente integral de transporte de materia, KGa, expresado en kmol/h.m .fracc. mol
(d) La altura de la torre en m Los datos de equilibrio son los dados a continuación: X Y X Y 0,01 0,003 0,07 0,02 0,02 0,0059 0,08 0,0228 0,03 0,0088 0,09 0,0254 0,05 0,0117 0,10 0,028 3 13. Calcule el diámetro de la torre y la altura de relleno, si se utilizan anillos cerámicos Rasching de ½ plg para tratar 1200m /h (medidos a 27ºC y 1 atm) de una mezcla benceno aire de composición 5% en volumen, si ha de recuperarse el 95%. Como líquido absorbente se emplean 2000 kg/h de un aceite de peso molecular 250 que entra en la torre con 0,3% en peso de benceno. Las condiciones de operación 2 son 27ºC y 1atm, la velocidad másica del gas será de 1500 kg/m .h. La presión de vapor del benceno a 27ºC es de 106 mmHg, y el valor de 3 coeficiente de transporte de materia es de KGa = 30 kmol/h.m .fracc.mol.
