Tema 4: Absorción de gases: problemas Curso 2004/2005 1

Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

Tema 4

Absorción de gases: Problemas

1. Se desea diseñar una columna de absorción que opere a 15ºC y 1 atm para tratar 1500 m3 /h,

medidos en condiciones normales, de una mezcla aire-SO2 con 5% en volumen de este último. La concentración de SO2 en el gas de salida debe ser del 0,1% en volumen. Se utilizará agua como absorbente, exenta de SO2, que circulará en contracorriente a través del relleno con un caudal 25% superior al mínimo. La sección transversal de la columna deberá ser tal que la velocidad del gas en la base (calculada a columna vacía) sea de 0,3 m/s. El proceso puede considerarse controlado por la resistencia opuesta por la fase gaseosa siendo el coeficiente global volumétrico KG·a = 15 kmol aire/(h m3). Los datos de solubilidad del SO2 en agua a 15ºC y 1 atm son:

2SOP ,mmHg 44 28 19,3 10 5,7 3,8 2,2 0,8 0,3

2

2

kgSOC,

100kgH O1 0,7 0,5 0,3 0,2 0,15 0,1 0,05 0,02

2. Una torre de relleno absorbe humedad del aire por medio de una disolución de sosa cáustica. La

presión parcial del vapor de agua en el aire de entrada es de 14,4 mm Hg y es rebajada hasta 4,9 mm Hg en el aire de salida. La disolución entrante en la columna tiene un contenido en sosa del 50% en peso y la que abandona la columna del 25% en peso. Se desea aumentar la altura de la columna lo suficiente para reducir la presión del vapor de agua en el gas de salida a 2,4 mm Hg sin variar las composiciones ni los caudales de la disolución y del aire que entran en la columna. La temperatura es de 20ºC y la presión de 1 atm. ¿Qué tanto por ciento de aumento en la altura de la columna será necesario? Suponer que la resistencia opuesta por la fase gaseosa a la transferencia de materia es controlante. Datos de equilibrio del sistema en las condiciones de trabajo:

2k g H O

X,kgNaOH

0,00 1,35 1,75 2,20 2,80 3,78 5,85

2k g H OY,

kgaire 0,000 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 0,012

3. Para recuperar el 75% del cloro contenido en una mezcla gaseosa cloro-aire de composición 6% en

volumen de cloro, se trata en contracorriente con agua en una columna de absorción de relleno. Calcular el diámetro y la altura de la columna a partir de los siguientes datos: - Caudal de gas en la base: 600 m3/h a 10ºC y 1 atm. - Caudal de agua empleado: 50% superior al mínimo. - Condiciones de operación de la columna: 10ºC y 1 atm. - Velocidad de inundación: 0,35 m/s. - La velocidad del gas en la base de la columna es el 20% de la de inundación. - El proceso se considera controlado por la fase líquida siendo KL·a = 83,25 kmol H2O/(h m3). - Solubilidad del cloro en agua a 10ºC y 1 atm:

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2ClP , mm Hg 5 10 30 50 100

2

2

g ClC,

L H O 0,451 0,603 1,024 1,354 2,08

4. A una columna de absorción entran 1650 moles/h de una mezcla gaseosa NH3-aire con el 35% en

moles de NH3. El NH3 es absorbido por agua que contiene 1,96% en peso de NH3 y circula en contracorriente con el gas. Calcular la cantidad mínima de agua para reducir la concentración de NH3 en el gas de salida al 5% en moles si la columna opera a 20ºC y 1 atm. En caso de emplear un caudal de agua 20% superior al mínimo, ¿cual será la concentración de la disolución a la salida de la columna? y ¿cuál es el número de unidades de transferencia? Los datos de equilibrio a 20ºC y 1 atm son:

3mol NHx,

mol disol. 0,0207 0,0502 0,0957 0,1371 0,1748 0,2090 0,2400

3mol NHy,

mol gas 0,0157 0,0417 0,0915 0,1500 0,2180 0,2980 0,3900

5. Se han de tratar 50 kmoles/h de una mezcla aire-hexano que contiene 8% en moles de hexano con

un aceite no volátil, exento de soluto, en una columna de relleno para reducir el contenido en hexano del gas a un 0,5% en moles. La columna operará a 1 atm y 30ºC. A esta temperatura, el equilibrio aceite-vapor de hexano viene dado, aproximadamente, por la siguiente ecuación Y = 1,63 X, siendo Y y X las razones molares de hexano en la fase gaseosa y en la fase líquida respectivamente. Se utiliza un caudal de aceite un 25% superior al mínimo. Se considera que ambas fases influyen en la velocidad de transferencia de materia, siendo KL·a = 150 kmol /(h m3) y KG·a = 80 kmol /(h m3). Si el diámetro de la columna es de 1,25 m, calcular la altura de la misma.