UNI-FIQT

PI 144/A. CICLO 2012-3

PROBLEMAS DE ABSORCIN EN COLUMNA DE PLATOS

1. Se va a desorber un soluto A de una corriente lquida por contacto con un gas puro. El lquido entra a la torre de desorcin a un rgimen de 150 kmol/h (flujo de inerte)

y contiene 30% molar de A. El gas entra a la columna a una velocidad de 500

kmol/h. Determine el nmero de etapas que se requieren para reducir la

concentracin de A en la corriente del lquido de salida hasta 10 % molar. Considere

una eficiencia Murphree de platos referida al gas de 0,7. Cul es la mxima

concentracin de soluto que puede obtenerse en la corriente gaseosa de salida?

Equilibrio: y* = 0,4 x

2. Una columna de absorcin equivalente a 5 etapas de equilibrio se usar para

remover etano de una mezcla hidrgeno-etano a 300 psia. El lquido absorbente que

entra contiene 98% mol de hexano y 2 % de etano. El gas que entra contiene 30%

mol de etano y 70% de hidrgeno. La columna se halla a una temperatura constante

de 75 F. Debido a las caractersticas de flujo de fluidos en la columna, la relacin

molar de absorbente que entra y gas que entra no debe exceder la relacin 3/1. Cul

es la recuperacin mxima posible de etano si se usa esa columna?

DATO: Presin de vapor de etano (a 75 F) = 590 psia.

3. Una columna de 30 platos perforados ser usada para remover n-pentano desde un

aceite mediante desorcin con vapor de agua, el cual ingresa por el fondo de la

columna libre de n-pentano. El aceite contiene 6 kmol n-pentano/100 kmol aceite

puro y se desea reducir la concentracin de n-pentano a 0,1 kmol de n-pentano/100

kmol de aceite. Considerando una eficiencia de platos del 30%, cul es el consumo

especfico (kmol vapor requerido/kmol aceite tratado)? La relacin de equilibrio para

este sistema puede ser tomado como: Y* = 3 X, donde X, Y* representa la relacin

molar del n-pentano en el lquido y el gas, respectivamente.

4. Una empresa litogrfica utiliza tolueno como vehculo para dar un recubrimiento

transparente al papel. La mezcla de aire-tolueno que sale del secador de papel se

recupera enfrindolo primero a 32 C y pasndola despus por una torre en la que el

tolueno se absorbe mediante un aceite que no es voltil a la temperatura de trabajo.

La mezcla aire-tolueno refrigerada contiene 3% de tolueno en volumen. Esta mezcla

tiene un caudal volumtrico de 30000 m3/h (medidos a 15 C y 760 mm Hg),

recuperndose el 97% de tolueno. El aceite cargado de tolueno que sale por el fondo

de la torre contendr 30% mol de tolueno.

El aceite absorbente tiene un peso molecular de 180 (cuando est puro). Dicho aceite

es alimentado al tope de la torre, conteniendo 0,1 % molar de tolueno. La torre de

absorcin trabaja isotrmicamente a 32 C. Determine el nmero de platos tericos.

Considerar soluciones ideales. Presin de vapor del tolueno = 40,5 mm Hg.

5.1 Una torre lavadora destinada para absorber el vapor de acetona a partir de aire, se

roca con agua pura cuyo flujo msico es de 3000 kg/h. La temperatura media de la

torre es de 20 C. A travs de la torre lavadora se deja pasar a presin atmosfrica la

mezcla aire-vapor de acetona conteniendo un 6% (en volumen) de sta ltima. En

cuanto al inerte (en la mezcla gaseosa) su flujo volumtrico es de 1400 m3/h

(medido a condiciones normales de presin y temperatura). La torre lavadora capta

el 98% de la acetona. La ecuacin de la lnea de equilibrio es:

Y* = 1,68 X (en relaciones molares)

Hallar el nmero de platos tericos.

ABSORCIN EN COLUMNAS DE RELLENO

6. Agua de desecho a un flujo de 240 L/h conteniendo 10 ppm (en peso) de benceno ser desorbido con aire puro en una torre empacada que opera a 25 C y 2 atm para

producir agua conteniendo 0,005 ppm de benceno. El empaque es Anillos Pall

metlicos de 5/8. Los datos de equilibrio se dan bajo la forma de solubilidad, siendo sta 0,18 g benceno/100 g de agua, a 25 C. Los coeficientes de transferencia

de masa son:

kLa = 0,067 (kmol benceno/(s.m3))/(kmol benceno/m

3), kCa = 0,8 (kmol

benceno/(s.m3))/(kmol benceno/m

3)

Nota: 1 ppm (en peso) = 1 g benceno/106 g de agua

Determine:

a. El flujo mnimo de aire a utilizar b. Qu fase controla la transferencia de masa? c. Para un flujo de aire igual a 1,4 veces el valor mnimo, calcular la altura de

relleno requerida.

7. Aire que contiene 1 ,6% en volumen de dixido de azufre se absorbe con agua pura

en una columna de relleno de 1,5 m2 de seccin transversal y 3 m de altura de

relleno, a la presin de 1 atm. El flujo molar del gas es 0,062 kmol/s, la velocidad de

flujo de lquido es 2,2 kmol/s y la concentracin del SO2 en el gas a la salida es

0,004. Para la temperatura de la columna la relacin de equilibrio viene dada por

(fracc mol): y* = 40x. Considerando que las propiedades de la solucin lquida

corresponden a las del agua, y las de la mezcla gaseosa, corresponden a las del aire,

calcule:

a. El flujo del gas utilizado, qu porcentaje del flujo del gas de inundacin

representa?

b. Calcule Nmero global de unidades de transferencia de la fase gas, NTOG.

8. Como parte del Control Ambiental, una Planta procesa una corriente de aire que

contiene 1,6% volumen de SO2, el cual es absorbido en agua pura en una columna

empacada de 1,4 m de dimetro, empacada con monturas Super Intalox. El gas el

cual fluye con un flujo de 62 mol/s es puesto en contracorriente con agua, el cual

fluye a un flujo de 2200 mol/s. El sistema trabaja a 27 C y 101,325 kPa. El gas que

sale del absorbedor contiene 0,4 % volumen de SO2. Para las condiciones de la

columna, se puede utilizar la ley de Henry. La constante de dicha ley es de 20400

mm Hg/fraccin molar. Los coeficientes volumtricos peliculares son 0,05 y 0,9

kmol/(s.m3. fracc mol), para el gas y el lquido, respectivamente. Calcular el

Nmero individual de unidades de Transferencia de Masa, referida a la fase

gaseosa.

9. En una columna se tratan 20 kg/h de una mezcla butano-aceite de composicin 20%

en peso de butano para separar el 75% de butano, empleando vapor de agua como

agente de desorcin. La operacin se efecta a 65 C y 5 atm, y las velocidades

msicas del aceite y del vapor de agua son 60 y 25 kg/(h.m2), respectivamente. En

estas condiciones la altura de una unidad de transferencia referida a la fase gaseosa

HTOG para el relleno empleado es 1,2 m. El peso molecular del aceite es 175. La

tensin de vapor del butano a 65 C es 7 atm, y puede suponerse que la mezcla

cumple con la ley de Raoult. Calclese el dimetro de la columna y la altura del

relleno.

UNI, 07 de febrero de 2013

Ing. Rafael J. Chero Rivas

Profesor del curso