Industrias II 1 / 4 Absorción

ABSORCIÓN:

Operación básica en que se separan uno o mas componentes de una mezcla gaseosa por medio de un liquido en el que son solubles.

1) VELOCIDAD DE INUNDACIÓN. COMO SE DETERMINA EL DIÁMETRO

DE UNA TORRE DE ABSORCIÓN. DINÁMICA DE LAS CORRIENTES

INTERNAS DE LIQUIDO. GRAFICO VARIACIÓN CAÍDA DE PRESIÓN-

CAUDAL DE GAS

En una torre que contiene un determinado relleno y que esta irrigada con un flujo definido de liquido (Gx), existe un limite superior para la velocidad de flujo del gas (Gy), que corresponde a la velocidad de inundación. Puede ocurrir entonces que el liquido forme una capa por encima del relleno, a través de la cual barbotea el gas, que el liquido ocupe la columna como fase continuas o que se produzca una espuma abundante.

Para un flujo constante de líquido, el aumento de flujo de gas da como resultado un arrastre excesivo, una inundación. En el punto de inundación es difícil obtener un flujo descendente neto de liquido y el liquido que se alimenta a la columna se ira con el gas superior. También se puede producir una inundación, al incrementar el flujo de liquido y mantener constante el gas.

Cuando para un relleno dado se determina la pérdida de presión del gas sin flujo alguno del liquido, se encuentra que es proporcional a la potencia entre 1,8 y 2 de la velocidad másica, lo que indica que el movimiento es turbulento. Si se realiza la misma determinación con un cierto flujo de liquido, la perdida de presión sigue una variación muy parecida. El estudio en un grafico log p – log g indica que la ley se conserva al aumentar G hasta llegar a un punto donde la curva cambia de dirección aumentando la pendiente, la velocidad correspondiente es la velocidad máxima de trabajo. Si se sigue aumentando G, se observa un nuevo aumento de la pendiente, de manera que la curva es casi vertical, definiéndose así la llamada velocidad de inundación.

Industrias II 2 / 4 Absorción

En la zona inferior a A la cantidad de líquido retenido en el relleno por m3 se mantiene aproximadamente constante a los cambios en el caudal de gas. En la zona comprendida entre A y B, la cantidad de líquido retenida aumenta rápidamente, disminuyendo así el área libre disponible para el gas y aumentando mas rápidamente la perdida de carga. Este punto es conocido como “loading” a punto de carga. Para uncaudal de liquido fijo si aumentamos el caudal de gases por arriba de B, la perdida de carga aumenta mas rápidamente aun y la columna se inunda (flooding). La inundación de la columna puede ocurrir a cualquier altura del lecho.

UG: Vel. del Gas

W: Viscosidad del agua a 15ºC

G: Densidad del gas

L: Densidad del liq.

Para hallar el diámetro de la torre debemos conocer la velocidad de inundación (Uin) y para ello es necesario conocer la relación de caudales L/G

La curva anterior relaciona:

(Uin2 / g ) * ( a / z ) * ( g / l ) * ( l / w )0,2 = f ( L/G (( g / l ))1/2 )B A

Teniendo A entramos a la curva y leemos B. De B despejamos la velocidad de inundación Uin. Pero la velocidad que debemos tomar para evitar la inundación es menor a la velocidad de inundación. Con esta velocidad calculamos el diámetro de la columna como: D = (( 4 * Gvol ) / (Uop * pi ))1/2

Industrias II 3 / 4 Absorción

2) DEDUCIR LA ECUACIÓN DE LA RECTA DE OPERACIÓN DE UNA

TORRE DE ABSORCIÓN. GRAFICARLA Y EXPLICAR EN EL GRAFICO

COMO SE DETERMINA LA CANTIDAD MÍNIMA DE AGUA.

Torre de absorción: El flujo es contracorriente.

G es el numero de moles de gas que pasan a través de la torre por unidad de tiempo y de área de sección, y L el de moles de liquido; Y y X son las fracciones molares respectivamente. Puede suponerse que L y G son constantes a lo largo de la columna, lo que no ocurre cuando alguno o ambos fluidos son relativamente concentrados en el componente a separar.

Balance de masas: (en un dV para el componente)

dN = G * dy = L * dx

Como L y G suelen variar de un extremo a otro de la columna, se usan como base de calculo los flujos de componente inerte de cada corriente.

G’ = G * ( 1 - y ) ; L’ = L * ( 1 – x )

x e y son las composiciones, expresadas en moles, del componente a separar por mol de componente inerte:

Y = y / ( 1 - y ) ; X = x / ( 1 - x ) dN = G’ dY = L’ dX

G’ ( YB - Y ) = L’ ( XB - X)Y = ( L’ / G’) * X + YB - ( L’ / G’) * XB

Y = YB + ( L’ / G’) * ( X - XB ) => Recta de operación de la torre

Esta ecuación representa la relación de composición del gas en contacto con el liquido a lo largo de toda la torre.

Cuando se va a calcular una columna de absorción se fija las concentraciones del gas a la entrada (Y1)y a la salida de la torre (Y2), la cantidad de componente a absorber en la unidad de tiempo (dN) y la composición inicial del liquido absorbente (X2). Queda así determinado G.

Es conveniente utilizar la menor cantidad posible de liquido, ya que de ello depende principalmente el costo de la operación. Por eso debe hallarse el calor mínimo de la relación L/G. Lo que se suele hacer gráficamente sobre el diagrama X-Y o x-y

G [mol gas / m2 s]

Industrias II 4 / 4 Absorción

Minimizo L’ / G’ cuando la recta de operaciones cruza la curva de equilibrio (es tangente a la misma) ya que solo se puede trabajar a la izquierda de esta. Llego hasta YB

que representa la concentración inicial de gas.El punto representativo de las condiciones en la parte superior de la columna es

A, situado a la izquierda de la curva de equilibrio. Como todos los puntos de la recta de operación deben estar en dicho campo, su pendiente deberá ser tal que, como caso limite, la recta podrá ser tangente a la curva de equilibrio. Cuando la recta tiene la posición AB, la pendiente L/G alcanza su valor mínimo.

Habiendo fijado G, la pendiente mínima corresponde a la cantidad mínima de liquido. En el punto de tangencia, las dos corrientes estarían en equilibrio y la velocidad de transmisión seria nula., con lo que la superficie de transmisión debería ser infinitamente grande. Por eso se suele tomar una relación ligeramente superior a la mínima ( tal como el segmento AC del grafico anterior).