Absorción Columnas Empacadas

7/25/2019 Absorcin Columnas Empacadas

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A

BSORCIN

ENCOLUM

NASEMPACADAS

Ing. Rafael J. Chero Rivas

28 de mayo 2015

UNI-FIQT

PI 144/A. CICLO 2015-1


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28/05/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 2

DefinicinEs una Operacin unitaria de transferencia de materia que

consiste en poner un gas en contacto con un lquido, donde se

disuelve selectivamente uno o ms componentes del gas, con

objeto de separarlos.

FundamentosDifusin

Relaciones de equilibrio (solubilidad)Tipos de mezclas

Compuestos que sean solubles en el lquido.

INTRODUCCIN A LA ABSORCIN DEGASES


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Modelo de Absorcin

Condiciones de equilibrio

Balances de materia

Cintica de transferencia de masa


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Entrada delquido

Salida de lquido

Entrada de gas

Salida de gas

Soporte de relleno

Redistribuidor de lquido

Relleno desordenado o

estructurado

Retencin del relleno

Boquilla de atomizacin

Distribuidor de lquido

Eliminador de niebla



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Diseo de torres de relleno

Presin y Temperatura de trabajo.

Caudales de lquido y gas.

Caractersticas del relleno.

Concentraciones de entrada y salida de las fases.

Seccin transversal (dimetro).

Altura de relleno.


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Equilibrio Lquido-gas

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SOLUBILIDAD DE GASES EN AGUALEY DE HENRY (25C, 1 atm)

p = H (C)

Gas puro H Cte (Henry) Solubilidad Solubilidad

(Atm L/mol) (mol/L) (mg/L)

He 2.7 x 103 --- ----N2 1.6 x 10

3 0.000638 17.9

CH4 7.25 x 102 --- ----

O2 7.8 x 102 0.00126 40.3

CO2 29 0.0339 1500

Cl2 -- 0.089 6300

H2S 10 0.102 3350

SO2 -- 1.46 93000


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Flujos molares totales:L (mol total de lquido /h m2)G (mol total de gas /h m2)

Flujos molares de inertes:Ls (mol de inerte lquido /h m2)Gs (mol de inerte gas/h m2)

Ls = L (1x)Gs = G (1y)

Relaciones molares: X, Y

Fracciones molares: x, y

X = x / 1 x (moles de soluto/moles de inerte lquido)Y = y / 1 y (moles de soluto/moles de inerte gas)


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Balances : L x = (moles soluto / h m2)G y = (moles soluto / h m2)Ls X= (moles soluto / h m2)Gs X= (moles soluto / h m2)

Relacin entre los flujos:

Gs= G (1 - y)

Ls= Ls (1 - x)


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Anlisis de una columna de relleno


Se analiza un diferencial

de altura (dz). Se aplicanbalances de masa y las

ecuaciones de

transferencia de masa aese diferencial.

Se integra el diferencial

(dz), obtenindose laaltura total de relleno

(z).


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Se necesita calcular el flux de transferencia

de masa. Se ha tomado un pequeo

diferencial de altura (dz) de la columna. Las

ecuaciones son para la fase gaseosa:

otransferidSolutogasSalidagasEntrada

S es el rea de seccin transversal de

la torre. Notar que G, L estan

referidos al rea de seccintransversal:

sm

kmolG

Scinrea

gasdemolarFlujoG

2sec

Determinacin de la altura de empaque de

una columna incluye el coeficiente

individual de transferencia de masa, ky.

Para ese caso, la fuerza impulsora es (y - yi):

zSaNzzyGSzyGS )()(N

G

G

L

L

zz

z

3

2

m

ma

columnaladevolumen

masadeciatransferenreaa

s

mol

sm

kmolNyy

ykN i

2


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28/05/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 1228/05/2015 1228/05/2015

Dividiendo el flux de

transferencia de masa entre

S z, se tiene:z

zyzzyGNA

)()(

Debido a que z 0.

Introduciendo la defincin

de NA:

Separando variables e

integrando:

dzdyGNA

iyyaykdzdyG )3(

iyydyz

y

y aykGdzz

0

2

1

Sacando los trminos

constantes fuera de la

integral:

El lado derecho puede ser

escrito como el producto de

dos trminos HTGy NTG:

HTG NTG

TGTGNHH


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NTG

y2 y1

y/(y-yi)

kx(xi

x) = ky(y-yi)(y-yi)/(x-xi) = - kx/kx

xi

y

yi

x

Determinacin de lasconcentraciones interfaciales

En un grfico enfracciones molares,se vara y. Para cadavalor tomado, sedetermina y

i. Con

esos valores, seconstruye la grficade la derecha, paraHallar el valor deNTG.


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Tambin:

Z = HTOGNTOGTambin se pueden plantear ecuaciones semejantes para la fase lquida


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28/05/2015 Ing. RAFAEL J. CHERO RIVAS 1528/05/2015 15

TOGTOG

y

yOG

z

NHyyy

dy

aPK

Gdzz

1

2 *)1(

'20

aPKGHOG

TOG'

12 *)(2)1(

yy

yyy

dyNTOG

ALTURA DE UNA TORRE DE RELLENO

Altura global de una unidad detransferencia

Nmero global de

unidades de transferencia


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Clculo de NTOG


1

2 )()1(

)1(

*

y

yTOG

yyy

dyyN

0.400.200.0 0.10 0.30

y

5

10

15

20

25

30

35

Para calcular el NmeroGlobal de Unidades deTransferencia de la fase gas(NTOG) se debe trazar elDiagrama de Operacin dela Columna, luego variar Lafraccin molar del gas (y),desde y1 a y2. Para cada

valor de y, se debe leer enel diagrama de Operacinel valor y*. Con los valoresobtenidos, se debe graficarun diagrama parecido al

que se muestra, yfinalmente encontrar elrea sombreada. El valordel rea ser igual al NTOGbuscado.


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Ecuaciones para el clculo de la altura delrelleno


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Pasos para calcular z:1. Determinar la ecuacin de la recta de

operacin, desde un balance de masa

2. Calcular los coeficientes de transferencia demasa

3. En el diagrama de operacin, desde un

punto cualquiera que pertenece a la recta deoperacin, encontrar las concentracionesinterfaciales o las concentraciones de

equilibrio, segn sea el caso.4. Repetir el paso anterior para otros puntos, a

lo largo de la recta de operacin.


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Relacin de las alturas globales con las alturasindividuales de transferencia de masa


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Clculo de las alturas individuales detransferencia de masa



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Nmerodeunidades

detransferencia

baco para calcular elnmero de unidades

de transferencia demasa, con Factor deAbsorcin (A) o deDesorcin (1/A)constante.


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