UNI-FIQT

PI 144 A/B. PERODO 2015-1

PROBLEMAS DE ABSORCIN EN COLUMNAS EMPACADAS

1. Se desea absorber SO2 desde una mezcla gaseosa utilizando agua la cual no contiene SO2, a 303 K y 1,013 x 10

5 Pa. El gas de entrada contiene 6% mol de SO2 y el gas

que sale de la torre contiene 0,3% mol de SO2. El rea de seccin transversal de la

columna es de 0,426 m2. El flujo de gas inerte es de 20 kmol aire/h y el flujo de

agua de entrada es de 984 kmol de agua/h. La altura individual de una unidad de

transferencia de la fase lquida HL es de 0,436 m y el coeficiente individual de

transferencia de masa de la fase gaseosa kGa = 6,06 x 10-7

kmol/(s.m3.Pa), los cuales

se suponen constantes en la torre.

Los datos de equilibrio para el sistema SO2-agua son:

x fracc mol SO2 lq 0 0,00028 0,000842 0,00279 0,01385 0,0206

y* fracc mol SO2 gas 0 0,00619 0,0259 0,1040 0,594 0,905

Calcular la altura de relleno.

2. Se desea absorber un gas A de una corriente gaseosa A+B que fluye a razn de 5000

lb/h. Para ello se dispone de una torre de absorcin de 1,5 pies de dimetro que se

empacar con anillos Raschig de 1" de dimetro nominal. Para la operacin se

utilizar un lquido C que absorbe selectivamente A de la mezcla gaseosa. El lquido

C que ingresa por el tope de la torre no contiene A. La concentracin de A en el gas

de entrada a la torre es de 1% y el lquido C de entrada no contiene A. Se desea que

el gas de salida contenga un 0,2% de A. Calcular la altura de relleno requerida si:

y* = 0,6x

Ls/Gs = 1,5 (Ls/Gs)mn

HG = 1,6983 pies

HL = 0,1609 pies

3. Se desea calcular la altura de relleno de una torre empacada para la absorcin del 95% del SO2 de un gas de combustin. Para ello se utilizar un flujo de agua que no

contiene SO2, en contracorriente.

El flujo de gas es de 10 m3/min, se encuentra a 20C saturado en agua en estas

condiciones y contiene un 10% en volumen de dixido de azufre.

El flujo de agua contiene un 0,3 % en peso de SO2 y entra a la torre a 20 C.

Para este sistema se dispone de la siguiente informacin de equilibrio:

Presin parcial SO2, mm Hg 0,07 1,07 10,6 25,6 58,4 93,2 129

g SO2/100 g de H2O 0,01 0,05 0,10 0,50 1,00 1,50 2,00

La presin de operacin de la torre es de una atmosfera. Se utiliza un flujo de lquido

igual a 1,5 veces el mnimo.

Suponer que toda la resistencia a la transferencia de masa se encuentra en la fase

lquida.

5.045.0`

*1,25

D

Ld

D

dk sSL

Donde: dS es el dimetro equivalente del relleno de la torre: 0,05 m; D es la

difusividad del lquido 5 * 10-10

m2/s; L` es la velocidad superficial del lquido sobre

el relleno 3 kg/(m2.s); es la viscosidad del lquido; y kL es el coeficiente local de

transferencia de materia de la fase lquida. Adems se sabe que el rea interfacial

especfica de absorcin es 40 m2/m

3 de empaque.

4. Se desea disear una columna para recuperar de forma continua acetona a partir de aire por absorcin con agua que no contiene acetona, a 60 F. El aire contiene 10

moles % de acetona y se desea recuperar un 97% de acetona. El flujo total del gas

que entra por el fondo de la columna es 50 ft3/min a 60 F y 1 atm. La velocidad

superficial del gas permitida en la columna es 2,4 ft/s.

Se puede suponer que en el intervalo de operacin la relacin de equilibrio est dada

por: Y* = 1,75 X, siendo X, Y relaciones molares (mol soluto/mol inerte) en la fase

lquida y gaseosa, respectivamente.

Calcule el nmero de unidades globales de transferencia para el gas, para un

flujo de agua de 1,4 veces el valor mnimo

5. Se desea eliminar el SO2 que contiene una corriente de aire mediante absorcin con agua libre de SO2, en una columna empacada. El sistema trabaja a 2 atm de presin.

La presin parcial del SO2 en la corriente de entrada es de 0,2 atm y se desea que a

la salida sea de 0,008 atm. La concentracin de SO2 en la corriente lquida de salida

es de 0,002 lbmol/pie3. Estimar la altura de la columna de acuerdo a los siguientes

datos:

El sistema sigue la ley de Henry, con la constante de la ley de Henry igual a: H =

0,107 lbmol/(pie3.atm), Concentracin total de la solucin: CT = 3,45 lbmol/pie

3.

El valor promedio del coeficiente global de transferencia de materia Kxa = 106

lbmol/(h. pie3).

Flujos molares de inertes: Gs = 10 lbmol/(h.pie2), Ls = 480,9 lbmol/(h.pie

2)

6. Se desea recuperar el 75% del SO2 de una corriente de 0,035 kmol/(h.m2.s) de un

gas que contiene un 5% de SO2 en volumen, mediante absorcin en agua (que

inicialmente ya contiene una fraccin molar de SO2 de 0,0001) en una torre de

absorcin (torre de relleno) en contracorriente a 293 K de 12 m de altura de relleno.

Calcular el caudal de agua kmol/(h.m2.s) necesario para conseguirlo.

Datos: KLa (Coef. Global de Transferencia de masa) = 0,19

kmol/[(h.m3.s).(kmol/m

3)]

Equilibrio (a 293 K):

X, relacin molar SO2 0,0 0,000140 0,000420 0,000840 0,001980

Y, relacin molar SO2 0,0 0,001600 0,007900 0,019400 0,053200

7. Se ha de disear una columna de relleno para absorber un compuesto txico A presente en el aire, utilizando agua. El aire a la entrada contiene 3% en moles de A

y se desea recuperar el 97% de este compuesto operando a presin atmosfrica. El

flujo de gas es 5000 ft3/min a 60 F y 1 atmsfera. Se puede admitir que, para el

intervalo de operacin, el equilibrio viene definido por la ley de Henry con una

constante K = 1.75 atm/fraccin molar. La corriente lquida entra en la torre libre

del componente A. Para estimar el diseo inicial se puede suponer un dimetro de

columna de 30 pulgadas con relleno Intalox de 2 pulgadas que, en las condiciones

de operacin, proporciona un KOGa = 2 lbmol/hft3atm. Se supone que la

disolucin tiene las propiedades del agua. Calclese:

a. El flujo molar de agua a utilizar b. La altura de relleno necesaria.

UNI, 29 de mayo de 2015

Ing. Rafael J. Chero Rivas

Profesor del curso