UNI-FIQT PI 144 A/B

PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE MASA INTERFACIAL 1. En una columna de absorcin rellena de anillos Rasching de 1 se absorbe parcialmente el SO2

contenido en una mezcla SO2-aire, empleando agua libre de SO2 como lquido absorbente que entra por la parte superior de la torre, en contracorriente con el gas. La columna trabaja a 70 F y 1 atm. La presin parcial del SO2 del gas que sale por el tope de la columna es de 0,04 atm. La concentracin de SO2 en el lquido que sale por el fondo de la columna es de 0,175 mol SO2/L solucin. La relacin molar de agua pura a aire puro (Ls/Gs) en la columna es de 30.

Se puede considerar que los coeficientes individuales de transferencia de masa a lo largo de la columna cambian segn:

kLa = 0,044 L0,82 kGa = 0,028G0,7L0,25

donde: kLa = lbmol/(h.pie3.(lbmol/pie3)), kGa = lbmol/(h.pie3.atm), L = lbmol/(h.pie2), G = lbmol/(h.pie2). Se puede considerar que la densidad de la solucin es igual a la densidad del agua. Los datos de equilibrio para este sistema a 70 F, son los siguientes:

C mol SO2/L solucin 0 0,03125 0,15625 0,39062 pSO2, atm 0 0,0112 0,0776 0,2118

Calcular: a. Las concentraciones interfaciales para el punto de la recta de operacin en el cual la

concentracin de la fase lquida es de 0,10 mol SO2/L solucin. b. Cul es la fase controlante? La respuesta debe ser refrendada con clculos.

2.2 En una columna de relleno se est destilando una mezcla benceno-tolueno. Algunos valores reportados para el fondo y tope de la columna son dados a continuacin:

PARAMETRO TOPE FONDO Flujo de lquido, kg/h 42 000 72 000 Flujo de vapor, kg/h 54 000 54 000 Temperatura, C 82 110 Presin, atm 1 ? Peso molecular del lquido 80 90 Peso molecular del vapor 78,5 87,5 rea de seccin transversal de la torre, m2 4,8 4,8

Los coeficientes de transferencia de masa del gas y del lquido se pueden expresar como:

kya = 0,2 (1 y) V0,8 L0,2 kxa = 0,35 L0,8

donde: V, L representan los flujos molares totales del vapor y del lquido, respectivamente, en kmol/h.m2 kxa, kya: Coeficientes individuales de transferencia de masa para el lquido y el gas, respectivamente, en kmol/h.m3.fracc mol.

Los datos de equilibrio para este sistema son dados a continuacin, a la presin atmosfrica: fracc mol C6H6 lq 0,017 0,13 0,258 0,411 0,581 0,78 fracc mol C6H6 vapor 0,039 0,261 0,456 0,632 0,777 0,9

Se tiene el anlisis (fracciones molares de benceno) de un punto ubicado en la zona superior de la torre: x = 0,65 y = 0,717 a. Calcular la concentracin interfacial correspondiente a este punto. b. Calcular el porcentaje de resistencia que ofrece cada fase a la transferencia de masa, en este

punto.

3.2 En una columna de relleno se est destilando una mezcla benceno-tolueno. Algunos valores reportados para las zonas superior e inferior de la columna son dados a continuacin:

PARMETRO Zona superior Zona inferior Flujo de lquido, kmol/h 860 1350 Flujo de vapor, kmol/h 1100 1100 rea de seccin transversal de la torre, m2 4,8 4,8

Considerar que los flujos molares de lquido y de vapor no cambian en cada zona. Los coeficientes de transferencia de masa del lquido y del vapor se pueden expresar como:

kxa = 0,35 L0,8 kya = 0,2 (1 y) L0,2 V0,8

donde: L, V representan los flujos molares totales del lquido y del vapor, respectivamente, en kmol/(h.m2) kxa, kya: Coeficientes individuales de transferencia de masa para el lquido y el vapor, respectivamente, en kmol/(h.m3.fracc mol) Los datos de equilibrio para este sistema son dados a continuacin, a la presin atmosfrica:

fracc mol C6H6 lquido 0 0,258 0,581 0,78 1,0 fracc mol C6H6 vapor 0 0,456 0,777 0,9 1,0

Se tiene la composicin (fracciones molares de benceno) en un punto ubicado en la zona superior de la torre: x = 0,65 y = 0,717 Calcular la concentracin interfacial correspondiente a este punto.

4. cido Sulfhdrico ser removido desde aire, utilizando H2O en una torre de absorcin que opera a 25 C y 1 atm. A una cierta altura de la torre el gas contiene 30% mol de H2S y el agua contiene 0,1 % mol de H2S. Datos a 25 C: Coeficientes individuales de transferencia de masa:

ky = 0,001 mol/(m2.s) kx = 0,001 mol/(m2.s)

y* = K x, K = 100 a. Calcule el % de resistencia que ofrecen cada una de las dos fases a la transferencia de masa. b. Ha sido una buena decisin absorber H2S con agua? Justifique adecuadamente su respuesta.

5.2 Los datos acerca de la absorcin de amoniaco desde una corriente de aire en agua, se obtuvieron de una columna de pared mojada de 1 pulgada de dimetro interno que funciona a 77 F y 1 atm de presin. La mezcla gaseosa tiene las siguientes propiedades: peso molecular = 29, difusividad de NH3 en aire = 0,198 cm

2/s, densidad = 0,081 lb/pie3, viscosidad 0,0178 centipoises, composicin de NH3 en la fase lquida = 0,5 mol/L, porcentaje de NH3 en la fase gaseosa = 1% volumen. Cuando el flujo msico del gas es de 5 250 lb/(h.pie2) se informa que su coeficiente total de transferencia de masa del gas KG es de 0,9 lbmol de NH3/(h.pie

2.atm). Evale el porcentaje de resistencia a la transferencia de masa encontrada en la pelcula gaseosa. Los datos de equilibrio a 293,2 K y 101,33 kN/m2 de presin total son:

C, kmol NH3/m3 soluc 0 0,0603 0,321 0,802 1,283 1,603 6,41 12,83 16,03

pNH3, N/m2 0 152 304 760 1216 1520 6080 12160 15200

Calcule las concentraciones interfaciales, en ese punto.

UNI, 24 de abril de 2015 Ing. Rafael J. Chero Rivas

Profesor del curso