Teoria-Desorcion Gaseosa

Escuela Profesional de Ingenier í í a de Industrias Alimentaria

I. OBJETIVOS: Determinación del rango de operación de una columna empacada, basándose en:  El estudio de la caída de presión en una columna empacada, con empaque seco, variando la velocidad del gas. estudio io de la caída caída de presi presión ón en una una column columna a empaca empacada, da, con velocid velocidad ad de  El estud circulación de líquido constante.  El estudio de la caída de presión en una columna empacada, variando la circulación del líquido.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO: DESORCIÓN: La desorción es la operación unitaria inversa a la absorción. Cuando un gas absorbido en un líquido, se separa del líquido por medio de otro gas (no soluble en el líquido) la oper operaci ación ón se deno denomin mina a desor desorció ción. n. epre epresen senta ta el transp transpor orte te a la !ase !ase gaseo gaseosa. sa. Esta Esta operación es tambi"n conocida como #$%&&%'. Dado que los e!ectos t"rmicos que acompaan a la absorción o a la desorción suelen ser mu* pequeos, supondremos que estas operaciones se veri!ican isot"rmicamente.

EQUILIBRIO DE FASES: La rapide+ de la di!usión dentro de cada !ase depende del gradiente de concentración del sistema, de dos !ases, indican el aleamiento de la posición de equilibrio equilibrio que e-iste entre las !ases. #i se establece el equilibrio de los gradientes de concentración, * por ende la rapide+ de di!usión descenderá a cero. En el equilibrio, aun cuando una trans!erencia de mol"cula mol"culas, s, la trans!ere trans!erencia ncia neta desciend desciende e a cero, cero, ósea se a llegado a un equilibrio equilibrio dinámico.

ó rdova Dr. Pedro C ó rdova Mendoza

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Ingenier í í a Alimentaria III

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Las concentraciones en el equilibrio en el gas * en líquido darán lugar a una curva de distribución en el equilibrio, sólo depende de la presión * temperatura que se le imponga al sistema.

SOLUBILIDAD: #i cierta cantidad de un gas simple, un liquido relativamente no volátil se llevan al equilibrio, la concentración resultante del gas en el liquido recibe el nombre de solubilidad del gas a la & * $ dominantes. / una temperatura dada la solubilidad aumentara con la presión. ases * líquidos distintos presentan curvas de solubilidades distintas, las cuales en general se deben determinar e-perimentalmente para cada caso.

LEY DE HENRY: &ara soluciones liquidas que no son ideales, la le* de aoult dará resultados mu* incorrectos. &or tanto si es posible considerar una solución real en equilibrio con gases ideales * para concentraciones modestas del líquido se puede aplicar la Le* de 0enr*:

EQUIPOS PARA LA TRANSFERENCIA DE MASA: #on equipos que proporcionan la trans!erencia de masa, proporcionando un contacto de las !ases * mediante ecuaciones matemáticas podemos determinar las siguientes in!ormaciones: Cantidad de !luo * composiciones que permitan el estableciendo del balance de masa. elaciones de equilibrios entres las dos !ases en contacto. Conocimiento re!erido a la velocidad de trans!erencia bao la !orma de un coe!iciente de trans!erencia de masa. En la industria de los procesos químicos es !recuente tener necesario grandes áreas de contacto entre las !ases, así tenemos: • • •

TORRES EMPACADAS: Las columnas o torres empacadas son equipos utili+ados para establecer el contacto continuo a contracorriente de dos !ases, consiste en torres verticales llenadas con un material adecuado denominadas empaques.

EMPAQUES: • • • •

• •

#on materiales de relleno para torres que deben tener las siguientes características: Deben ser químicamente inertes con respecto a los !luidos que están procesando. La caída d presión debe ser pequea. Deben ser resistente a la corrosión. Deben tener una gran super!icie umedecida por unidad de volumen de espacio empacado. $ener buenas características de umedecimiento. Deben se livianos * de bao costo.

TIPOS DE EMPAQUE: Diseados para aun meor contacto * son !abricados de di!erentes materiales tales como la arcilla, porcelana, plásticos *1o metales. Entre estos tenemos: /nillos de ascing. #illa %ntalo-. /nillos &all. #illa 2erl. /nillo con 0elicoidal. /nillo Lessing. • • • • • •

Dr. Pedro C ó rdova Mendoza

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Ingenier í a Alimentaria III


•

/nillo dividido en cru+.

Entre estos el más usado en la industria son los /nillos ascing por su bao costo con respecto a los otros tipos de empaques. La #illa 2erl es el más caro por su propia con!iguración además presentan ventaas mu* marcadas, tienen una ma*or área de contacto así mismo puede empacarse dando con!iguraciones compleas. /unque si bien el material de empaque a sido diseado para dar el meor contacto tambi"n es mu* importante el m"todo para empacar la torre por tanto si el liquido * el gas no ace contacto completamente e!iciente. Los empaques se pueden disponer en la torre de dos maneras:

EMPAQUES ALEATORIOS O AL AZAR: #on aquellos que simplemente se arroan en la torre durante la instalación * que se dean caer en !orma aleatoria. &ueden !abricarse de porcelana industrial, que es 3til para poner en contacto a la ma*oría de los líquidos, con e-cepción de álcalis * ácidos !luorídricos4 d carbón que es 3til e-cepto en atmós!eras altamente o-idantes de metales o de plásticos.

EMPAQUES REGULARES: los empaques regulares o!recen la ventaa de una menor caída de presión para el gas * un ma*or !luo, generalmente a e-pensas de una instalación mas costosa que la necesaria para los empaques aleatorias.

ELIMNINADOIRES DE ARRASTRE: / velocidades elevadas del gas, especialmente el

gas que abandona la parte superior del empaque puede acarrear gotitas del liquido como una niebla . Esta puede eliminarse mediante eliminadores de neblina., a trav"s de los cuales debe pasar el gas, los eliminadores se instalan sobre la entrada del liquido. 5na capa de malla entre teida es especialmente con espacios de 678 9 668, apro-imadamente de ;;mm de espesor, colectara prácticamente todas las partículas de neblina.

CAÍDA DE PRESIÓN EN TORRES EMPACADAS: la caída de presión está in!luenciada tanto por la velocidad del liquido como la del gas, el !luo de gas es generalmente grande. &ara la velocidad constante de gas, la caída de presión aumenta al acrecentarse la proporción del liquido, tambi"n la caída de presión es una combinación de la !ricción de la super!icie * el drag de la !orma predominado este ultimo para velocidades altas.

INUNDACIÓN VISUAL:

#e denomina así cuando el líquido a llenado una gran parte del empaque * el gas tiene que burbuear a trav"s de "l. 5n buen diseo asegura normalmente una operación estable =8 de la velocidad de inundación para e gasto esperado del liquido.


-



LÍNEA DE OPERACIÓN: 'os indica la relación de concentración entre las concentraciones del liquido u el gas a cualquier nivel de la torre.

PLATO TEÓRICO O IDEAL: se de!ine como aquella composición promedio de todo el gas que abandona el plato, está en equilibrio con la composición promedio de todo el liquido que abandona el plato.

VELOCIDAD DE INUNDACIÓN: Las velocidades másicas del gas * del liquido in!lu*en sobre la altura necesaria del relleno de tal manera que al aumentar estas velocidades disminu*en, la altura necesaria de relleno para lograr una separación determinada, en consecuencia se a de operar con velocidades altas como sea posible, a no ser que la perdida de presión a trav"s del relleno sea un !actor económico signi!icativo. #in embargo e-iste un límite superior de la velocidad másica del gas para la cual se produce la inundación de la columna que se pone de mani!iesto por acumulación o retroceso del liquido en la misma, se origina la inundación cuando la perdida de presión en el gas es tan alta que la carga del liquido no es su!iciente para circular en contracorriente con el. En general se suele presentar la inundación cuando la carga del líquido es in!erior a cm por cada ?cm de altura de relleno, esta velocidad se determina grá!icamente.

COEFICIENTES DE TRANSFERENCIA: Cuando una torre empacada se ace !uncionar en la !orma usual, como absorbedor o desorbedor a contracorriente, para la trans!erencia de soluto entre el gas * el liquido, la rapide+ de trans!erencia del soluto puede calcularse a partir de los valores medidos de la rapide+ del !luo de gas * de liquido * de las concentraciones del soluto en la inter!ase, la rapide+ resultante solo puede e-presarse como coe!icientes globales.

ALTURA Y NUMERO DE UNIDADES DE TRANSFERENCIA:

&ara el cálculo de altura * n3mero de unidades de trans!erencia debe tenerse en cuenta, así está re!erido a cada !luido (individuales) o a ambos (globales). #ea como !uere, obviamente el cálculo de cada uno de ellos es di!erente. Debe tenerse presente tambi"n que para el cálculo de la altura * el numero de trans!erencia individuales se necesita valores de las concentraciones en la inter!ase * pone por ende la di!icultad en su cálculo, en contracorriente ea esto los valores globales solamente necesitan de dicos valores en el equilibrio. Con respecto a los casos en que la curva de distribución en el equilibrio es recta, * la relación entre los coe!icientes de trans!erencia de masa es constante, son apropiados los coe!icientes de masa globales.

III. DATOS EXPERIMENTALES PARTE 1: CAIDA DE PRESION

Flujo de Gas (pie3/min ) 2

L=0 lb/h

L=30 lb/h

L=45 lb/h

L=60 lb/h

H (cm)

H (cm)

H (cm)

H (cm)

0.3

4

1

1.5

1.65

1.7

6

2.35

3.25

3.4

3.55

8

3.65

5.48

5.78

6.1


-



10

12

6

8.1

8.9

9.6

9.1

12.35

13.4

14.5

PARTE 2: DESORCION ) n i m ( o p m e i T

Flujo de Liuido (l!"#)

Flujo de $%& (pie'"min)

C%d% de Pe&i*n +H(cm)

T ,ope de ,oe(-C)

T .ondo de ,oe (-C)

8.8

16.5

18.5

1.1

7.9

8.9

13

18.5

1.2

7.6

8.8

13

18.5

1.2

7.7

13

18.5

0 10 20

40

10

30

) n i m ( o p m e i T

Flujo de Liuido (l!"#)

Flujo de $%& (pie'"min)

0 10 20

50

12

/olumen /olumen HCl (ml) HCl 10 (ml) 10 p%% p%% ,i,ul% ,i,ul% liuido3 %limen,%ci* &%lid% (1ml) n (1ml)

C%d% de Pe&i*n +H(cm)

7.6

/olumen (ml) /olumen (ml) T ,ope HCl 10 p%% HCl 10 T .ondo de de ,oe ,i,ul% p%% ,i,ul% ,oe (-C) (-C) %limen,%ci*n liuido3&%lid% (1ml) (1ml)

13.1

19

12.5

1.3

7.6

13.1

19

12.5

1.2

7.5

13.1

19

12.5

1.3

7.5

30

7.6

IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS 1) Caída de !e"#

%$Dr. Pedro C ó rdova Mendoza

-



E% e& "#"'e(a I%'e!%a#*%a&: Ga 60°F(lb/ft 3)

0,07635

L4 56"& Flujo de $%& (=6"&)

P (N"m 2 )

L4 '78913' 56"&

L4 ;<7913' 56"&

L4 7;<913' 56"&

P (N"m 2 )

P (N"m 2 )

P (N"m 2 )

0,002

97,981

146,972

161,669

166,568

0,003

230,256

318,439

333,136

347,834

0,005

357,632

536,937

566,332

597,686

0,006

587,888

793,648

872,033

940,620

0,007

891,630

1210,069

1312,949

1420,728


-



>e% (m2)

Lo6($)

̒

0,00810733 9

L4 56"&

L4 '78913' 56"&

Lo6 ( P"?)

Lo6 ( P"?)

L4 ;<7913' 56"& L4 7;<913' 56"& Lo6 ( P"?)

Lo6 ( P"?)

-0,546

1,905

2,081

2,122

2,135

-0,369

2,276

2,417

2,436

2,455

-0,245

2,467

2,644

2,667

2,690

-0,148

2,683

2,813

2,854

2,887

-0,068

2,864

2,996

3,032

3,066


-



Ca&+&* de C,: L@ (l!"#)

L@ (56"m2&) 0

0,000

30

0,466

45

0,699

60

0,932

Ca&+&a%d* &a" a-"#"a": L=30

L=45

L=60

L@"$@(d6"(dl"d6)); G` 4

0,28

1,64

2,46

3,28

6

0,43

1,09

1,64

2,18

8

0,57

0,82

1,23

1,64

10

0,71

0,66

0,98

1,31

12

0,85

0,55

0,82

1,09

Ca&+&a%d* &a" aída" de !e"#*%e": /!


-



120,469

132,516

136,531

261,016

273,063

285,109

440,113

464,206

489,906

650,531

714,781

771,000

991,860

1076,188

1164,532

Ca&+&a%d* &a" *!de%ada" de &a !a,#a de E/e!'0 *(* "e (+e"'!a e% e& !a,#*:

" (o#denada) de la $#afi%a de &%'e#t 0,006

0,004

0,003

0,014

0,009

0,005

0,023

0,018

0,012

0,035

0,030

0,020

0,000

0,000

0,000

De"ea%d* C,:

Cf =

y. ρ G .( ρ L − ρ G ) G ′ 2 . µ L0.1 f


-



#omedio

168,104

122,258

82,524

190,179

122,258

70,638

171,925

133,719

91,693

171,161

146,709

97,806

0,000

0,000

0,000

17;'B2

1'12'<

8;<<;

Ca&+&* de F&+*" 2 *%e%'!a#*%e" e% &a *&+(%a: Considerando el siguiente esquema: GG--

L,-

G' '

L' ,'

V. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES •

•

/ medida que se !uimos incrementando el !luo de aire tambi"n crecia la caída de presión. &ara el caso de un !luo de gas constante se nota que a medida que aumenta el !luo de líquido, aumenta ligeramente la caída de presión. Esto ocurre debido a que al aumentar el !luo de líquido origina una reducción en la sección transversal libre por donde va a ascender el gas.

•

VI. BIBLIO3RAF4A CONSULTADA 

Tre!al" Ro!ert# O$era%iones de Trans&eren%ia de masa# 'da edi%i(n# Editorial M% Gra) *ill" M+,i%o -.//# Paginas: '-/0'12" 1340156


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

Perr" 7o8n# 9i!liote%a del Ingeniero Qumi%o 'da edi%i(n# ;olumen 5# Editorial M% Gra) *ill# Paginas: -50' < -50-/

ANEXO PLANTA PILOTO AUTOMATIZADA DE ABSORCIÓN Y DESORCIÓN

Esta planta piloto de absorción * desorción permite el estudio del transporte de la materia de una !ase gaseosa a una !ase líquida (absorción) * viceversa (desorción).


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El líquido absorbente se alimenta en la cabe+a de la columna a trav"s de una bomba dosi!icadora. El relleno de la columna se reali+a con anillos ascing. El control del proceso, la supervisión * la adquisición de los datos se llevan a cabo automáticamente a trav"s de un controlador de microprocesador * un so!t@are de gestión * supervisión especí!ico con el cual es posible controlar a distancia los siguientes parámetros de operación: A Caudal del gas por absorber A Caudal del gas inerte o de desorción A Caudal de alimentación de la !ase líquida

Programa de formación Esta planta piloto permite el desarrollo e-austivo de las siguientes temáticas: A Comprobación del grado de absorción con varias sustancias líquidas bao temperaturas di!erentes A %n!luencia de la presión sobre el grado de absorción A Desorción de uno o más componentes Bmu* ligeros respecto a la disolución en la cual se allanB de la !ase líquida a la !ase gaseosa por medio de un gas o vapor A Cálculo del n3mero de estadios teóricos A isuali+ación en sinóptico del comportamiento de los parámetros de operación de la planta piloto, con actuali+ación de los datos en tiempo real (sólo en la versión computeri+ada). A &rácticas que se llevan a cabo: B /bsorción de '0? con 0 B /bsorción de C con solución de 'a0 B Desorción de '0? con aire

Características técnicas A Dimensiones: 6;;-7;;->;; mm A &eso: >; Fg A Estructura, sobre ruedas, en acero ino-idable /%#% ?;G A Columna, eecución en vidrio borosilicato, D' 7;, H.;;; mm, con relleno de anillos ascig de 7 mm A %ntercambiador de calor, eecución en vidrio borosilicato, super!icie de intercambio ;,= m, situado en la cola de la columna A Depósito, eecución en vidrio borosilicato, capacidad ?; l, para la alimentación de la !ase líquida A 2omba dosi!icadora, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, caudal má-. ; l1, completa de actuador neumático, controlable con seal ;,9 bar A  válvulas neumáticas de control, D' =, &' ;, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, CH;, * ;,? A Jedidor electrónico del caudal del gas por absorber, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, escala ;9.;;; 'l1, seal de salida G9; m/, precisión K;,8 A %ndicador electrónico del caudal, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, escala ;9.;;; 'l1, precisión K;,=8 A Jedidor electrónico del caudal del gas inerte, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, escala ;9I 'm?1, seal de salida G9; m/, precisión K;,8 A %ndicador electrónico de caudal, escala ;9I 'm?1, precisión K;,=8 A $ransmisor electrónico de presión di!erencial, escala ;9=;; mm 0, seal de salida G9; m/, eecución en acero ino-idable /%#% ?I, precisión K;,8 A %ndicador electrónico de presión di!erencial, escala ;9=;; mm 0, precisión K;,=8 A ? indicadores electrónicos de temperatura, escala ;9;; C, precisión K;,=8 A ? controles neumáticos manuales A ? termorresistencias &t ;; dobles, !unda en acero ino-idable /%#% ?I A Cuadro el"ctrico %&==, con!orme con las normas CE, provisto de sinóptico de la planta piloto A Líneas de cone-ión * válvulas, eecución en acero ino-idable /%#% ?;G * /%#% ?I A Muente de alimentación estabili+ada KG  ,? convertidores electroneumáticos, G9; m/1;,9 bar, precisión K8 N Controlador digital de microprocesador multila+o,  la+os de control &%D, seales de entrada * de salida G9; m/, precisión K;,8.


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Textos teóricos-prácticos A Janual teórico9práctico9e-perimental

Servicios A /limentación el"ctrica: ?;1G;;  tri!ásica 9 =; 0+ O ' O $ o, bao pedido, ;  tri!ásica 9 I; 0+4 &H FP A /ire comprimido: consumo má-. = 'm?1, presión I bares A /gua de gri!o: consumo discontinuo A /gua caliente: consumo má-. =; l1, $H7; C A 2ombona de nitrógeno A 2ombona del gas por absorber

Opcionales A #o!t@are de supervisión mod. #P9/D#/1E: opera en entorno operativo Pin * permite controlar seales '9MM, seales analógicas procedentes del controlador &%D, trend en tiempo real * trend istórico. A Columna de absorción, eecución en vidrio borosilicato, D' ;;, con bandeas de campanas A Columna de absorción, eecución en vidrio borosilicato, D' ;;, con relleno ordenado tipo #ul+er

Variaciones de la planta piloto bajo pedido A El equipo puede modi!icarse seg3n solicitud especí!ica del cliente

! P!"T! P#OTO P$%&% S$'#"#ST(!(S% T!')#*"%" V%(S#+" '!"$! La versión manual mod. ADS/EV no incluye los componentesindicados por el símbolo ■. La versión automatizada de la planta piloto mod. ADSA/EV podrá controlarse tambin manualmente utilizando la instrumentación incorporada en el cuadro elctrico.


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Teoria-Desorcion Gaseosa

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