UNI-FIQT

PI 144 A/B. PERODO 2015-1

PROBLEMAS DE ABSORCIN EN COLUMNA DE PLATOS 1. El propano deber ser empobrecido en un aceite no voltil por desorcin, usando

vapor de agua en una torre que funciona a contracorriente. Cuatro moles de vapor

sern suministrados en el fondo de la torre, por cada 100 moles de alimentacin de

aceite-propano en la parte superior. El aceite original contiene 2,5% molar de

propano y esta concentracin debe ser reducida a 0,25% molar. La torre se mantiene

a 280 F y una presin total de 35 psia, el peso molecular del aceite es 300 y el peso

molecular del propano es 44. La relacin de equilibrio es y* = 33,4 x

a. Cunto platos de equilibrio se requieren? b. Si la presin total se aumenta hasta 70 psia. Cunto platos de equilibrio se

requieren?

2. Ha de desorberse un componente aromtico de una fraccin de petrleo por contacto

directo en contracorriente con vapor de agua sobrecalentado utilizando una columna

de platos. La operacin es isotrmica a 130 C y la presin total es 108,3 kPa.

Flujo de alimentacin de la fraccin de petrleo: 3175 kg/h

Concentracin del aromtico en la alimentacin: 5% en peso

Moles de vapor de agua/mol de la fraccin de petrleo = 3,34

Presin de vapor del aromtico a 130 C = 150 kPa

Peso molecular de la fraccin de petrleo = 220

Peso molecular del componente aromtico = 78

% de eliminacin del componente aromtico = 95%

Calclese el nmero de platos tericos que se requieren suponiendo que la fraccin

de petrleo y el agua no son miscibles y que la relacin (mol de vapor de agua/mol

de fraccin de petrleo) se mantiene constante en la columna.

3. Para absorber el agua del aire hmedo se emplea una torre de absorcin de platos

utilizando como lquido absorbente una disolucin acuosa de sosa custica de 50%

molar. El aire entra con humedad absoluta de 0,12 kg de agua /kg de aire seco, y ha

de absorberse el agua hasta que la concentracin del agua en el aire que sale por el

tope de la columna sea 0,003 kg de agua/kg de aire seco. Calclese el nmero de

etapas reales necesarias, si la eficiencia de cada etapa es un 40% y se utiliza un flujo

lquido 50% superior al mnimo.

moles agua/moles aire seco 0,0031 0,0062 0,0094 0,0125 0,0156 0,0187

moles agua/moles NaOH 3,0 3,9 4,9 6,2 8,3 13,0

4. Para recuperar parcialmente la acetona contenida en una mezcla aire-acetona, se

absorbe en una columna de laboratorio de 3 platos tericos, empleando agua pura

como solvente. La mezcla gaseosa de entrada a la columna es de 1500 L/min a 20

C y 1 atm, y su composicin a la entrada es del 7,5% de acetona en volumen. El

lquido de salida tiene una composicin del 15% de acetona en peso. Para el

intervalo de concentraciones correspondientes a esta operacin, las concentraciones

de equilibrio, puede representarse por la ecuacin: Y* = 0,75 X; siendo X, Y* las

relaciones molares de la acetona en las fases lquida y vapor, respectivamente.

Calcule:

a. La concentracin del gas a la salida

b. El flujo de agua que debe utilizarse.

5. Se desea disear una torre de platos para absorber SO2 de una corriente de aire

mediante agua que no contiene SO2, a 283 K. El gas de entrada contiene 20% de

moles de SO2 y el de salida 2% de moles a una presin total de 101,3 kPa. El gasto

del aire inerte es de 150 kg de aire/(h. m2) y la velocidad de flujo del agua de entrada

es 6000 kg de agua/(h. m2). Suponiendo una eficiencia total de los platos de 25%,

cuntos platos tericos y cuntos reales se necesitan? Suponga que la torre opera a

283 K (10 C). Tomar los datos de equilibrio del Treybal, pg 307.

6.2 Se desea absorber el 80% del benceno contenido en aire (flujo de la mezcla gaseosa

que entra 0,295 m3/s, 20 mm de Hg de presin parcial del benceno), en una columna

de absorcin de 10 platos (eficiencia de los platos, 50%) a una temperatura de 26

C y una presin total de 800 mm de Hg. El aceite de lavado (peso molecular 250)

se regenera en una columna de desorcin de 10 platos (50% eficiencia) a una

temperatura de 120 C y una presin total de 750 mm de Hg, con un vapor

sobrecalentado puro que ingresa a esa temperatura. La composicin mxima

permitida de benceno en el vapor de salida es del 35% molar. Asumiendo

operaciones isotrmicas en cada equipo y soluciones ideales, calcular los flujos

totales del aceite de lavado entrando a cada torre, sus composiciones y el flujo de

vapor empleado.

Datos: Presin de vapor de benceno a 26 C = 100 mm de Hg.

Presin de vapor de benceno a 120 C = 2 400 mm de Hg.

7. Se desea separar el etano contenido en una mezcla de esta sustancia con hidrgeno

mediante su absorcin con hexano, el cual no contiene etano. La mezcla gaseosa a

procesar contiene 25% de etano y 75% de hidrgeno, en tanto que el lquido

absorbente disponible contiene 99% de hexano y 1% de etano; todos estos valores

estn expresados en porcentajes molares.

En la planta se tiene disponible un equipo que se comporta como una cascada de 8

etapas. Segn clculos preliminares, se ha estimado que si operase a 250 psia y 70

F, dicho equipo podra manejar el mximo flujo de gas esperado siempre que la

relacin del flujo molar de lquido al flujo molar de gas no sea mayor que 3:1 y que

en estas condiciones la eficiencia de Murphree para la fase gas sera 75% en todo el

rango de concentraciones esperadas para la operacin.

Estime la mxima recuperacin fraccional de etano que puede alcanzarse con este

equipo en las condiciones indicadas. Puede asumir que en el rango de composiciones

de inters, el equilibrio gas - lquido puede ser descrito por la ley de Raoult. La

presin de vapor del etano a 70F es de 580 psi.

8. 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

UNI, 29 de mayo de 2015

Ing. Rafael J. Chero Rivas

Profesor del curso