ABSORCIÓN DE GASES. PROBLEMA 1. En ocasiones el aire se seca mediante un proceso de absorción en ácido sulfúrico. El aire húmedo fluye a contracorriente contracorriente del ácido sulfúrico, a través de una columna empacada con material adecuado. Una prueba sobre una unidad como la descrita, típica de una planta petroquímica, indica que el aire entra por el fondo de la torre con una humedad relativa del 50% y sale con una humedad relativa del 5%. El ácido, que entra en la parte superior o domo de la columna, tiene 67% de ácido en peso, y el que sale tiene 53% de ácido en peso. A una temperatura de 25°C los datos de equilibrio para el sistema ácido sulfúrico agua se tabulan a continuación. Porcentaje de humedad relativa Porcentaje de ácido sulfúrico en peso
0.8
2.3
5.2
9.8
17.2
26.8
36.8
46.8
56.8
80
74.9
70
64.9
60
55.1
50
45
40
Se pide: Graficar la curva de equilibrio del sistema, en coordenadas libres de soluto, y determinar la cantidad mínima de ácido a utilizar en el proceso.
PROBLEMA 2. Para recuperar el benceno contenido en una mezcla benceno aire de composición 6% en volumen de benceno, se trata en contracorriente en una columna de absorción gaseosa, empleando como líquido absorbente un hidrocarburo no volátil de peso molecular 250. La mezcla gaseosa entra en el absorbedor a razón de 500m 3 /h a 20ºC y 1 atm de presión. La operación operación se efectúa en forma isotérmica isotérmica e isobárica. Dado que la solubilidad el benceno en el hidrocarburo se ajusta bastante bien a la ley de Raoult, la curva de equilibrio del sistema toma la forma que se muestra en la figura. Basado en el gráfico suministrado, de respuesta a los siguientes planteamientos: ¿Cuál es la cantidad mínima de hidrocarburo a emplear si ha de recuperarse el 95% del benceno contenido en el aire? ¿Cuántas etapas teóricas se requieren en el proceso si se utiliza una cantidad de hidrocarburo 60% superior al valor mínimo? ¿Cuál es la fracción molar del líquido a la salida? ¿Cuántos Kmoles de benceno serán absorbidos en el proceso?
PROBLEMA 3. Se va a absorber amoniaco de aire a 68°F y presión atmosférica a contracorriente en una torre empacada que utiliza agua a la misma temperatura como absorbente. Se maneja una rapidez de entrada de gas de 154 ft3 /h y un flujo de agua libre de amoníaco de 75lbm/h. Si la concentración de amoniaco se reduce de 6.52 a 1.29% en volumen, determina qué porcentaje del valor mínimo representa el flujo de disolvente en operación. Determina además la concentración del líquido a la salida, el porcentaje de recuperación de amoníaco, moles absorbidos, y traza la recta de operación del sistema. Considere comportamiento ideal de gases con una constante R de 0.73 ft 3.atm/(lbmol.°R). Ls siguientes son los datos de equilibrio del sistema.
X, lbmol NH3/lbmol agua
0.0164
0.0252
0.0349
0.0455
0.0722
Y, lbmol NH3/lbmol Aire
0.021
0.032
0.042
0.053
0.08
ABSORCIÓN DE GASES. PROBLEMA 4. Un gas de alumbrado se va a liberar del aceite ligero poniéndolo en contacto con un aceite d e lavado como absorbente; el aceite ligero se va a recuperar por desorción de la solución resultante con vapor. Las condiciones en los equipos son:
Absorbedor. Gas entrante, 0.250 m3/s (31800 ft3/h) a 26 ºC; P = 1.07x105 N/m2 (803 mmHg), contendrá 2.0% en volumen de vapores de aceite ligero. Se va a suponer que todo el aceite ligero es benceno y que se requiere 95% de eliminación. El aceite de lavado va a entrar a 26 ºC, contendrá 0.005 fracción mol de benceno y tendrá un peso molecular promedio de 260. Se va a utilizar un flujo de circulación del aceite (flujo de operación) 1.5 veces la cantidad mínima. Las soluciones de aceite de lavado-benceno son ideales. La temperatura va a ser constante e igual a 26 ºC ( PVAPOR mmHg BENCENO =100). Desorbedor. La solución del absorbedor se va a calentar a 120 ºC y va a entrar al desorbedor a 1 atm de presión. El vapor desorbente va a estar a presión atmosférica, sobrecalentado a 122 ºC. El aceite para eliminar el benceno, de fracción molar igual a 0.005, se va a enfriar a 26 ºC y va a regresar al absorbedor. Se va a utilizar un flujo de vapor de 1.5 veces el mínimo. La temperatura va a ser constante a 122 ºC (PVAPOR BENCENO =319.9 kN/ m2).
Determine el flujo de circulación del aceite y el flujo de vapor que se necesita para llevar a cabo las operaciones.
PROBLEMA 5.
Un absorbedor empacado de altura 4.5m, se diseñó para reducir el nivel de concentración de un contaminante de tipo mercaptano en una corriente gaseosa de desecho, con un factor de recuperación de este contaminante de 94.3% de la corriente gaseosa. A la parte superior de l a torre se alimenta una corriente de disolvente no volátil libre de mercaptano que fluye a contracorriente con la corriente gaseosa de desecho de 0.236m3 /s. La columna opera a presión de 101.3kPa y 20°C. El gas entra a la torre con un peso molecular promedio de 30.1 y la corriente líquida que sale del fondo de la torre, tiene una masa molar aproximadamente igual al del disolvente de 180. La viscosidad de esta corriente es de 1.3cP, y su gravedad específica es de 0.81. Los datos de equilibrio de este sistema a las condiciones de operación se muestran en la siguiente tabla.
Presión Parcial mercaptano, kPa
Concentración solución,
en
del
0
0.4538
1.4479
3.0459
5.2355
0
0.000055
0.00011
0.000166
0.00022
la
mol de mercaptano/ g de disolvente
1. Construye el diagrama de equilibrio del sistema en coordenadas libres de soluto. Uti liza en los valores a reportar de X e Y, tres (3) y cinco (5) cifras significativas, respectivamente. Presenta tabulados tus datos. 2. Determina la cantidad mínima de disolvente a utilizar, en kmol. 3. Determina la concentración de la solución a la salida, en relaciones molares y fracción molar, si la cantidad de disolvente a utilizar es de 30% veces superior al valor mínimo. 4. Traza la recta de operación del sistema en el diagrama construido, y determina cuántas etapas de equilibrio necesita el sistema para que se verifique separación, suponiendo que el mismo fuera una operación discontinua. 5. Determina la velocidad de inundación de la columna en kg/m 2.s. La columna está empacada con sillas Intalox de cerámica de 1 pulgada con factor de rell eno de 98. 6. Determina qué porcentaje de la velocidad de inundación representa la velocidad másica de operación, si la caída de presión permitida es de 300Pa/m, con el empaque dado. 7. Experimentalmente se determinó que en el punto de carga la velocidad másica de flujo asciende a 0.950kg/m2.s ¿qué caída de presión en Pa/m se registra en este punto? Considere el mismo empaque de sillas Intalox 8. En una evaluación de proceso se pide una simulación, manteniendo la misma velocidad másica de operación, pero cambiando los empaques a Sillas de montar Berl (1 pulgada cerámica, factor de relleno 110), Anillos Pall (1 pulgada plástico, factor de relleno 52) y Anillos Rasching (1 pulgada cerámica, factor de relleno 155). Determine las caídas de presión que se registrarían, y explique a qué se deben tales variaciones y cuál empaque usted recomendaría, si la necesidad es cambiar las sillas Intalox utilizadas en la operación actual.
6 Absorción en sistemas diluídos Se desea absorber un gas A de una corriente gaseosa A+B que fluye a razón de 5000 lb/hr. Para ello se dispone de una torre de absorción de 1.5 ft de diámetro que se empacará con anillos raschig de 1" de diámetro nominal. Para la operación se utilizará un líquido C que absorbe selectivamente A de la mezcla gaseosa. La concentración de A en el gas de entrada a la torre es de 1% y el líquido C entra libre de A. Se desea que el gas salga con un 0.2% de de A. A. Calcular la altura del empacado requerida si : yA*= 0.6xA (L/G)op = 1.5(L/G)mín HG = 1.6983 ft HL = 0.1609 ft
7 Una torre empacada con anillos Rasching de 1 in se usará para absorber NH 3 de aire poniéndolo en contacto con agua. El caudal de gas de entrada es de 40 lbmol/h y contiene 5% de NH 3. Se removerá el 90% del amoníaco del aire. La cantidad de agua de entrada es de 3200 lb/h. La absorción se realizará a una presión absoluta de 1 atm y 20°C. Calcule diámetro y altura para cumplir con la separación especificada. Para la temperatura y presión de operación el equilibrio puede considerarse: y*=2x
