SISTEMA DE ABSORCIN: PRCTICA PARA ABSORCIN DE ACETONA

Carolina Mecias, Sofa Flrez, Sara Patio

RESUMEN

Una de las operaciones unitarias que es usada para la recuperacin de los componentes gaseosos presentes en mezclas gaseosas en bajas concentraciones, es la absorcin. All existe un vapor soluble que se absorbe desde su mezcla con un gas inerte a travs de un lquido (solvente), all el gas es soluble con el soluto. En sta experiencia se desea recuperar la acetona la cual se encuentra en una mezcla con gas inerte mediante un lquido en el cual la acetona se solubiliza; el lquido empleado fue el agua. Para realizar sta prctica se sigui las indicaciones de seguridad del LOUUA para el clculo de la altura de la torre de absorcin, el cual nos dio con un porcentaje alto de error, y se atribuye a los errores humanos que existieron en la muestra de datos.Palabras claves: absorcin, acetona, altura, torres, transferencia de masa.ABSTRACTA unit operation which is used for the recovery of gaseous components in gas mixtures at low concentrations, is absorption. There exists a soluble vapor is absorbed from the mixture with an inert gas through a liquid (solvent), there is the soluble gas with the solute. In this experience it is desired to recover the acetone which is in a mixture with inert gas through a liquid in which the acetone is solubilized; the liquid used was water. To make this practice the safety of LOUUA to calculate the height of the absorption tower, which provided us with a high error rate, and is attributed to human errors that existed in the data sample was followed.Keywords: absorption, acetone, height, towers, mass transfer.

I. INTRODUCCIN

La adsorcin de gases es una operacin en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un lquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o ms componentes del gas y de obtener una solucin de estos en el lquido [1], es decir, es una operacin de transferencia de materia cuyo objetivo es separar uno o ms componentes por medio de una fase lquida en la que los componentes a eliminar son solubles produciendo una separacin entre dos fases inmiscibles. [2]El costo de un proceso de separacin (o de purificacin) depende directamente de la relacin entre la concentracin inicial y la final de las sustancias a transferir. Los costos sern un reflejo de la capacidad y eficiencia de la columna de separacin.Con la presente prctica se pretende realizar un clculo aproximado de la altura de la torre de absorcin. La relacin y(x) entre las fracciones molares en las corrientes de gas y liquido son conocidas como las lneas de operacin, desde que la relacin es impuesta por un balance molar por componente. Sin embargo como la acetona se transfiere del gas al lquido, por lo tanto L y V cambian. En particular su razn cambia. Por eso la lnea de operacin no es siempre recta.II. UNIDADESTemperatura: KPresin: PaLongitud: inVolumen: ml

IV. METODOLOGA

Reaccin 1. Relacin Yodo: Acetona 3:1

Reaccin 2. Relacin Tiosulfato: Yodo 2:1

Para el Yodo: Para el Tiosulfato:

Clculos de Moles

Moles inciales de yodo

(1)Donde,

, moles de yodo adicionadas a la alcuota de hidrxido de sodio con acetona (G2 o G3), es concentracin normal de la solucin de yodo, volumen de solucin de yodo adicionado a la alcuota de hidrxido de sodio con acetona (G2 o G3)

Moles de Tiosulfato que reaccionan (empleado en la titulacin)

Con

Moles de tiosulfato que reaccionaron en la titulacin Concentracin de la solucin de tiosulfato empleada en la titulacin Volumen de solucin de tiosulfato consumida en la titulacin

Moles de yodo que reaccionan en la titulacin (yodo en exceso de la reaccin con acetona)

(3)

Donde,

, moles de yodo que reaccionan en la titulacin, moles de tiosulfato que reaccionan en la titulacin

Moles de yodo que reaccionan con acetona e hidrxido de sodio

(4)

, moles de yodo que reaccionan con acetona e hidrxido de sodio, moles de yodo adicionadas a la alcuota de hidrxido de sodio con acetona, moles de yodo que reaccionan en la titulacin

Moles de acetona en la alcuota de hidrxido de sodio (3 mL)

(5)

Con,

, moles de acetona en la alcuota de 3 mL, moles de yodo que reaccionan con acetona e hidrxido de sodio

Moles de acetona en la muestra gaseosa

(6)

, moles de acetona en la muestra gaseosa, moles de acetona en la alcuota de 3 mL50, volumen de hidrxido de sodio3, alcuota que se toma de la muestra lquida de hidrxido de sodio

Moles totales de las muestras gaseosas

Empleamos la ley de los gases ideales

(7)

Con,

, moles totales de la muestra gaseosa La presin medida en el vacuometro, volumen que ocupa la muestra gaseosa (el recipiente tiene un volumen de y a este se le resta el volumen de la solucin de hidrxido de sodio), es la constante de los gases ideales (), la temperatura de entrada (G3, T2) o salida (G2, T1) de la corriente gaseosa

Concentracin de acetona en la muestra gaseosa

(8)

Donde,

, es la concentracin de acetona en la fase de vapor a la entrada o a la salida, moles de acetona en la muestra gaseosa, moles totales de la muestra gaseosa

Concentracin en la muestra lquida

El modelo de clculo para la muestra lquida es similar que para las muestras gaseosas hasta al clculo de las moles de acetona en la muestra, pues el factor de dilucin es 20 (60 mL de muestra que consta de 50 mL de la solucin de hidrxido de sodio ms 10 mL de la muestra lquida, de las cuales se toman 3 mL).

Las moles totales seran las contenidas en los 10 mL de agua (muestra diluida) de la muestra original.

(9)

Flujo Gaseoso

Se asume que la potencia entregada por el Thomas se transfiere en forma de calor.

(10)

Donde,, Potencia entregada por el thomas en W, volteje medido del Thomas en V, Corriente Medida del Thomas en A

(11)Con,, calor entregado al aire

De un balance de energa tenemos que:

(12)

Donde,, es la capacidad calorfica del aire, el flujo msico del aire, es el cambio de temperatura del aire a travs del medidor y corresponde a las temperaturas 6 y 7.

Por tanto podemos despejar de la ecuacin 12 anterior el flujo msico.

Clculo de altura de la torreLa altura de la torre se calcula por medio de la ecuacin (13):

Para soluciones diluidas el puede calcularse segn la ecuacin (14):

Un valor aproximado de se puede obtener con la ecuacin (15):

Se obtiene mediante la ecuacin (17), mientras se calcula por medio de balances de materia:

es la presin parcial de acetona en el equilibrio con la solucin acuosa, la cual se calcula mediante:

El coeficiente de actividad de la acetona en solucin esta dado en funcin de la concentracin por:

Donde:L: Flujo de aguaG: Flujo de airex1: Fraccin de acetona en la salida en fase liquidax2: Fraccin de acetona en la entrada en fase liquida y1: Fraccin de acetona en la entrada en fase gasy2: Fraccin de acetona en la salida en fase gas La altura de unidad de transferencia se puede calcular con la ecuacin:

Las expresiones para HTG y HTL, (segn el caso gas o lquido) en torres empacadas con anillos Rasching de 1 se han obtenido empricamente:

Evaluando estas cantidades se puede luego calcular la altura de la torre y compararla con el valor real.

(24)

V. RESULTADOS

Reaccin 1

Reaccin 2

Moles inciales de yodo halladas con la ecuacin 1Moles Moles de Tiosulfato que reaccionan (empleado en la titulacin) halladas con la ecuacin 2

(G2):

Moles(G3)Moles Moles de yodo que reaccionan en la titulacin (yodo en exceso de la reaccin con acetona) halladas con la ecuacin 3

(G2):

(G3):

Moles de yodo que reaccionan con acetona e hidrxido de sodio halladas con la ecuacin 4

(G2):

(G3):

Moles de acetona en la alcuota de hidrxido de sodio (3 mL) halladas con la ecuacin 5

(G2):

(G3):

Moles de acetona en la muestra gaseosa halladas con la ecuacin 6

(G2):

(G3):

Moles totales de las muestras gaseosas halladas con la ecuacin 7

(G2):

(G3):

Concentracin de acetona en la muestra gaseosa halladas con la ecuacin 8

(G2):

(G3):

Como la muestra G2 no se llev de manera inmediata al cuarto oscuro, no se toma en cuenta para el clculo de la torre de absorcin. Concentracin en la muestra liquida halladas con la ecuacin 9

Flujo Gaseoso halladas con la ecuacin 10

Dnde:

Calculo de la altura de la torre

Con la ecuacin 19 tenemos:

La temperatura promedio entre T1 y T2 es igual a (31.5C), con este valor se hall la presin parcial de la acetona en la base de datos Knovel, la cual es igual a 10.3486 in Hg.

Por lo tanto con la ecuacin 18,

Utilizando este valor en la ecuacin 17, tenemos:

Para una lectura en el rotmetro de 80, segn la curva de calibracin equivale a 1350 lb/h

Reemplazando en la ecuacin 20

Con estos valores, utilizamos la ecuacin 16 para calcular

Se halla con la ecuacin tal 15

Para calcular , donde:=9.91*10-4[N*S/m2] Sc=1.6(nmero de Schewood)

Utilizando la ecuacin 22 y 23 hallamos y

Reemplazando en la ecuacin 21

Se halla la altura con la ecuacin 13.

Como la altura de la torre es de 80 in con la ecuacin 24 tenemos un porcentaje de error de 98.57%.

VI. ANALISIS DE RESULTADOS

Debido a que se ha obtenido un porcentaje de error alto se puede concluir que el proceso de absorcin no se dio como lo esperado (isotrmicamente), esto se asumi para facilidad de clculos pero como se puede comprobar no es una buena aproximacin ya que los equipos no estn a estas condiciones, la diferencia en resultados por esta consideracin es debido a que al asumir temperatura constante se tienen otras propiedades como la densidad, la solubilidad y por ende la concentracin constantes, lo cual no es cierto, tampoco es constante ya que la temperatura en la interfase liquido-vapor seria mayor que en el lquido esto tambin afectara las propiedades antes mencionadas adems de los coeficientes de transferencia de masa y las concentraciones de equilibrio, por lo que no se poda determinar con certeza la cantidad de acetona absorbida en el agua.

Adems se tienen errores atribuidos a factores experimentales ya que los recipientes para toma de muestras gaseosas tenan fugas, adems G2 tuvo un error humano puesto que la muestra no se llev inmediatamente al cuarto oscuro. Por lo tanto los clculos de la altura de la torre se llevaron a cabo teniendo en cuenta solo G3.

VII. CONCLUSIONES

En esta prctica se logr determinar la altura de empaquetadura de la torre, pero por diferentes factores no se obtuvo el valore esperado tericamente; esto debido al equipo que se encuentra en mal estado adems de algunos errores humanos ya mencionados

La absorcin de gas en un lquido, es una operacin de unidad de ingeniera qumica estndar. La resolucin de problemas enfocados en este tipo de proceso envuelve el conjunto de ecuaciones de balance de materia y energa para cada etapa de la columna.

IX. BIBLIOGRAFA

[1] Treybal, R. E. Mass transfer operations. 3a edicin. Mc Graw-Hill. 1981[2] Unit operations of chemical engineering, Spring 2001, P 139-142[3]Tapias, Heberto. Operaciones de transferencia de masa. Universidad de Antioquia.