Ejer d Trans d Masa II Con Graficos A

EJERCICIOS DE TRANSFERENCIA DE MASA II

1. En un absorbedor se recupera benceno contenido en un gas de alumbrado, lavándolo con un aceite. Las condiciones de operación son:Gas que ingresa=0.250 m3/s; concentración=0.005 fracción molar del benceno. Considerando que es una solución ideal que sigue la ley de Raoult.Pv = 100mmHg. Se desea disminuir la concentración del gas a 0.5% en volumen. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

Solución:

Gas:A: BencenoGas que ingresa: 0.25 m3/sConcentración: 2% (vol) Y1= 0.02 0,5% (vol) Y2= 0.005

Liquido:AceiteX ingreso = 0.005PV = 100 mmHg

a)

( Ls

Gs)min

=?

Datos de equilibrio:

y=PV

P.x→ y=100

760x

x 0 0.04762 0.09091 0.13043 0.16667y 0 0.00626 0.01196 0.01716 0.02193

2

1

X 0 0.05 0.10 0.15 0.20Y 0 0.0063 0.0121 0.0175 0.0224

a) ( Ls

Gs)min

=Y 2−Y 1X2−X1min

0.005025−0.02040.005025−0.1795

=( L s

G s)min

=0.09045

b) NET

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (0.09045 )

( Ls

Gs)0 p

=0.1321815

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0.005025−0.005025−0.0204

0.1321815=0.121342

2. Una mezcla de Benceno y aire se burbujea en una torre de absorción, usando un hidrocarburo no volátil como solvente. El gas ingresa a un flujo de 600Kmol/h y contiene 5% molar de benceno. Considerar un 90% de recuperación de benceno y que es una solución ideal que sigue la ley de Henry H=3.08.Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

GASy i=5%=0.05Gi=600Kmol /h

LIQUIDOx i=0

Moles de ingreso = Gi . y i(600Kmol /h)(0.05)=30Kmol /h

% de recuperación = 30Kmol /h X 0.90=27Kmol /h Benceno que sale= moles de ingreso−%de recuperación

3 Kmol/h Gs=Gi (1− y i )→Gs=600Kmol /h (1−0.05 ) Gs=570Kmol /h

Y 2=Molesque salen

Gs

Y 2=3 /570→Y 2=0.005263


x 0 0.004975 0.009910 0.014778 0.019608y 0 0.015323 0.030523 0.045516 0.060393

2

1

X 0 0.005 0.010 0.015 0.020Y 0 0.015561 0.031484 0.047686 0.064275

Del Grafico: X1min=0.0165

( Ls

Gs)min


→0.005263−0.05263

0−0.0165=( Ls

Gs)min

=2.870727

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (2.870727 )

( Ls

Gs)0 p

=4.3060905

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.005263−0.05263

4.3060905=0.011

3. Un gas combustible procedente de un gasificador de carbón contiene amoniaco, con una fracción molar de 0.03, la cual se desea reducir a un valor de 0.001. Para ello se trata el gas en una columna de absorción, con agua libre de amoniaco en contracorriente. El caudal de gas tratado es 4.26m3/s medidos en condiciones normales. La relación de equilibrio para el sistema considerado viene dada por y=0.6x. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

GASy i=0.03ys=0.001

LIQUIDOx i=0


x 0 0.0196 0.0385 0.0566

y 0 0.0118 0.0231 0.0341

X 0 0.02 0.04 0.06

Y 0 0.0119 0.0236 0.0352

2

1


( Ls

Gs)min


→0.001−0.03090−0.05256

=( Ls

Gs)min

=0.56874

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (0.56874 )

( Ls

Gs)0 p

=0.853311

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.001−0.003090.853311

=0.03504

4. El porcentaje en volumen de SO2 en una corriente de aire es de 1.6%. La corriente se somete a absorción en una columna. El flujo de gas es de 0.062Kmol/s. La fracción de SO2 que se pretende alcanzar en el gas a la salida es de 0.004. En las condiciones de operación de la columna la relación de equilibrio vienen dada por y=40x. Calcular:a) Valor del caudal de agua mínima.b) Numero de etapas teóricas en una columna de platos.

GASy i=1.6%=0.016ys=0.004Gi=0.062Kmol / s

LIQUIDOx i=0

Asumiendo que y=0.016

X=0.0004


x 0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

y0

0.004 0.008 0.012 0.016

X0

0.0001 0.0002 0.0003 0.0004

2

1

Y0

0.004016 0.008064 0.012146 0.016260


( Ls

Gs)min


→0.00416−0.01626

0−0.0004=( Ls

Gs)min

=30.25

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (30.25 )

( Ls

Gs)0 p

=45.375

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.00416−0.01626

45.375=0.00026

( Ls

Gs)0 p

=45.375→Ls=45.375 (0.061008 )→Ls=2.768238

5. Se necesita separar el amoniaco de una corriente de aire en la cual su concentración es del 10%. Se empleara una columna de absorción que operar a 293°K y 101.3KPa. El flujo de gases de 0.95Kgr/m2.s. Se usa agua libre de amoniaco a contracorriente, la concentración de amoniaco en el aire disminuye a 1%. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/Gb) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.


X(Razón molar)

0.021 0.031 0.042 0.053 0.079 0.106 0.159

P del amoniaco (KPa)

1.6 2.4 3.3 4.2 6.7 9.3 15.2

GASy i=10%=0.1Gs=0.95Kg /m

2 sT=293KP=101.3KPay2=1%=0.01

LIQUIDOx i=0

Y 0.01605 0.02427 0.03367 0.04325 0.07082 0.10109 0.17654

2

1

( Ls

Gs)min


→0.0101−0.11110−0.113

=( Ls

Gs)min

=0.893805

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (0.893805 )

( Ls

Gs)0 p

=1.3407075

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.001−0.003091.3407075

=0.0753

6. Una corriente de aire con un 15% en moles de acetona se trata mediante absorción con agua en una torre de platos para separar el 95% de la acetona. La columna opera a 20°C y 101Kpa. La eficacia global de los platos es del 30%. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

Datos de equilibrio acetona – agua en las condiciones de trabajo:

x (fracción molar)

0.0151 0.033 0.0517 0.072 0.0924 0.117 0.143 0.171

Presion acetona (mmHg)

14.2 30.0 45.7 62.8 75.2 85.4 94.2 103

GASy i=1.5%=0.015P=101Kpa=757.56mmHgT=20 ºC

LIQUIDOx i=0

Moles de ingreso = Gi . y i(100mol /h)(0.15)=15mol /h

% de recuperación = 15mol /h×0.95=14.25mol/h Benceno que sale= Gs−%derecuperación

0.75 Gs=Gi (1− y i )→Gs=100mol/h (1−0.15 ) Gs=85mol /h

Y 2=Molesque salen

Gs

Y 2=0.75/85→Y 2=0.008823


2

1

X 0.015331

0.034126

0.054519

0.077586

0.101807

0.132503

0.166861

0.206273

Y 0.019102

0.041234

0.064198

0.090391

0.110206

0.127053

0.142004

0.157358


( Ls

Gs)min


→0.008823−0.176470

0−0.1593=( Ls

Gs)min

=1.052398

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (1.052398 )

( Ls

Gs)0 p

=1.578597

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.008823−0.176470

1.578597=0.1062

7. Se recupera dióxido de azufre se un gas de fundición que contiene un 3.5% en volumen de este compuesto mediante lavado en una torre de absorción. A la salida de la columna la presión parcial del dióxido de azufre es de 1.14KN/m2. El agua entra en la columna libre de dióxido de azufre. El proceso tiene lugar a 293°K, siendo la presión de vapor de agua a esa temperatura de 2.3KN/m2. La presión total es de 101.3KPa. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

Datos de equilibrio SO2 – agua a 293°K (relaciones molares):

X 0.000056 0.00014 0.00028 0.00042 0.00056 0.00084 0.001405Y 0.0007 0.0016 0.0043 0.0049 0.0116 0.0194 0.0363

GASy i=3.5%=0.035PA=1.14KpaT=293KP=101.3KPa

LIQUIDOx i=0

y2=PA

P→ y2=0.0112537

2

1

Y 2=0.0113818


( Ls

Gs)min


→0.0113818−0.0362694

0−0.001405=( Ls

Gs)min

=17.713594

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (17.713594 )

( Ls

Gs)0 p

=26.570391

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.0113818−0.0362694

26.570391=0.0009367

8. Un aceite que contiene 2.55% en moles de un hidrocarburo volátil, este se somete a stripping con vapor de agua en una columna de platos. Se desea reducir el contenido de hidrocarburo hasta el 0.05%. El aceite ingresa a un flujo de 100Kmol/h. El aceite no es volátil y la columna tiene un sistema interno de calefacción que mantiene constante la temperatura e impide la condensación del vapor de agua. La relación vapor- liquido del hidrocarburo viene dada por la expresión: y=33x, donde “y” es la fracción molar en el vapor y “x” la fracción molar en el liquido. Calcular:a) Valor mínimo de la relación L/G.b) Numero de platos necesarios si se trabaja con una relación L/G que es 1.5 veces la

mínima.

LIQUIDOx i=2.55%=0.0255X i=0.026167x2=0.05%=0.0005Li=100Kmol /h

GASy i=0


x 0 0.005050 0.008658 0.0113636 0.013468 0.01515

y 0 0.166667 0.285714 0.375 0.444444 0.5

X 0 0.005076 0.008734 0.011494 0.013652 0.015383

2

1

Y 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

Del Grafico: Y 2max=1.121

( Ls

Gs)max

=Y 2max−Y 1X2−X1

→1.121−0

0.026167−0.0005=( L s

G s)max

=43.674757

( Ls

Gs)0 p

=( Ls

Gs)max

/1.5→( Ls

G s)0 p

=(43.674757 )

1.5

( Ls

Gs)0 p

=29.116505

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→Y 2=Y 1+( X2−X1 )( Ls

Gs)op

Y 2=0+(0.026167−0.0005 ) (29.116506 )

Y 2=0.7473

9. Se recupera benceno de una mezcla de benceno y aire, usando un hidrocarburo no volátil como solvente. La mezcla gaseosa ingresa a un flujo de 6000mol/h, y tiene una concentración de 5% de benceno: Si se recupera un 90% del benceno. La operación es isotérmica a 5°C y 1 atmosfera de presión. La solubilidad del benceno en el hidrocarburo sigue la ley de Raoult: PvA=103mmHg.a) Calcular la cantidad mínima de hidrocarburo a usar.b) Determinar el número de etapas teóricas para una relación L/G de 1.5 la mínima.}

GASy i=5%=0.05Gi=6000moles /hT=298KP=1atmPv=103mmHg

LIQUIDOx i=0

Moles de ingreso = Gi . y i(6000mol /h)(0.05)=300mol /h

% de recuperación = 30Kmol /h X 0.90=270mol/h Benceno que sale= Gs−%derecuperación

30 mol/h Gs=Gi (1− y i )→Gs=6000mol /h (1−0.05 ) Gs=5700mol/h

Y 2=Molesque salen

Gs

Y 2=30 /5700→Y 2=0.005263

2

1


x 0 0.090909 0.166667 0.230769 0.285714 0.333333 0.375y 0 0.012320 0.022588 0.031276 0.038722 0.045175 0.050822X 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6Y 0 0.012474 0.02311 0.032286 0.040282 0.047312 0.053543


( Ls

Gs)min


→0.005263−0.0526316

0−0.5256=( Ls

Gs)min

=0.090123

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (0.090123 )

( Ls

Gs)0 p

=0.1351845

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.005263−0.0526316

0.1351845=0.3504

( Ls

Gs)0 p

=0.1351845→L s=0.1351845 (6000mol /h )→Ls=811.107mol /h

10. En una operación a contracorriente se va a eliminar el vapor de benceno contenido en un gas de caldera de coque con un aceite de lavado, libre de benceno. La concentración del benceno en el gas entrante es de 1%mol, que ingresa a razón de 1000m3 de gas medido a condición normales, la densidad del aceite es 0.88 y su peso molecular es 260. Considerando un 95% de eliminación de benceno, la constante de la ley de Henry para benceno aceite es 0.130. Calcular:a) La cantidad mínima de hidrocarburo a usar.b) Graficar la línea de operación para una relación L/G de 1.5 la mínima.

GASy i=0.01Gi=1000m

3/hT=273KP=1atm

PV=nRT→n=PVRT

LIQUIDOx i=0

n= 1atm×1000m3/h0.082atm .m3/Kmol .K ×273K

→n=44.6707

Moles de ingreso = Gi . y i(44.6707Kmol/h)(0.01)=0.446707Kmol/h

% de recuperación =0.446707Kmol /h X 0.95=0.424372Kmol /h Benceno que sale= Gs−%derecuperación

0.022335 Kmol/h Gs=Gi (1− y i )→Gs=44.6707Kmol /h (1−0.01 ) Gs=44.224068Kmol /h

Y 2=Molesque salen

Gs

Y 2=0.022335/44.224068→Y 2=0.0005

x 0 0.019608 0.038461 0.056603 0.074074y 0 0.002549 0.00499 0.007358 0.009630X 0 0.02 0.04 0.06 0.08Y 0 0.0025 0.0050 0.0074 0.0097


( Ls

Gs)min


→0.0005−0.01010−0.0835

=( Ls

Gs)min

=0.114970

2

1

( Ls

Gs)0 p

=1.5( Ls

Gs)min

→( Ls

G s)0 p

=1.5 (0.114970 )

( Ls

Gs)0 p

=0.172455

Hallando X1

( Ls

Gs)0 p

=Y 2−Y 1X2−X1

→X1=X2−Y 2−Y 1

¿¿

X1=0−0.0005−0.01010.172455

=0.05567

Ejer d Trans d Masa II Con Graficos A

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