“UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ”FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE QUÍMICA, INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA

Presentado a: Ing. ROMÁN JUSTO CALDERÓN

Facilitador del curso de “DISEÑO DE EQUIPOS Y SELECCIÓN DE MATERIALES” con código 091B

Presentado por:RICSE CONTRERAS Melisa Yanela, alumna del IX semestre de la Escuela Académica Profesional De Ingeniería Química Ambiental

HUANCAYO – PERÚ

2015-I

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LACTOSA REFINADA

Pregunta N°1. Para separar amoniaco de una corriente de aire se emplea agua pura en una columna de absorción de dos etapas de equilibrio teórico, que opera a 25°C y una atmosfera de presión, si el gas rico contiene 10% mol de amoniaco, el flujo másico de aire en la entrada es 340(kg gas inerte/h) y el flujo másico de agua es 432(kg agua pura/h); calcula La composición del gas pobre.

Datos de equilibrio del sistema amoniaco-agua a 1 atm.

0 0,021 0,031 0,042 0,053 0,079 0,106 0,159

Presión parcial (mm

Hg)0 12,0 18,2 24,9 31,7 50,0 69,9 114,0

Solución:

1. Calcular yNH3 ,T

Para poder calcular yNH3 ,T se tiene que relacionar la curva de equilibrio y la línea de

operación teniendo en cuenta que el ejercicio nos plantea que existe dos etapas de equilibrio.

1.1. A partir de la presiones parciales de los datos de equilibrio hallamos yNH3 y luego yNH3

yNH3=PparcialPsistema

… (1)

yNH3=

yNH3

1− yNH3

… (2)

xNH 3… (3)

Presión P(parcial) yNH3

yNH3xNH 3

0 0 0 0

12 0.04026846 0.04195804 0.021

18.2 0.06107383 0.06504646 0.031

24.9 0.08355705 0.09117539 0.042

31.7 0.10637584 0.11903868 0.053

50 0.16778523 0.2016129 0.079

69.6 0.23355705 0.30472855 0.106

114 0.38255034 0.61956522 0.159

2. Graficando xNH 3 ,T y yNH3 , B

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.180

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

CURVA DE EQUILIBRIO

3. Grafica de la línea de operaciónPara trazar esta grafica se necesita las composiciones de tope y fondo en coordenadas libres de soluto.

3.1. Calculo de yNH3 , B a partir de yNH3,B=0.10

Remplazando en la ecuación (2) yNH3 , B

=0.11

3.2. De los datos xNH 3 ,T

xNH 3 ,T=0

3.3. Se realiza la gráfica teniendo en cuenta que en la columna de absorción contiene dos etapas de equilibrio teórico e iterando las composiciones yNH3 , B y xNH 3 ,T

3.4. De la gráfica se obtiene yNH3 ,T y xNH 3 ,B

yNH3 ,T=0.025

xNH 3 ,B=0.028

3.5. Finalmente yNH3 ,T=0.025 convertimos a coordenadas molares

yNH3,T=

yNH3 , T

1+ y NH3 ,T

yNH3,T= 0.0251+0.025

=0.0244

Por lo tanto la composición del gas pobre es en coordenadas de fracción molar es :

yNH3,T=0.0244

Problema 2. 1000m3/h de un mezcla gaseosa de componentes A y B que contienen 25% mol de A, se absorbe con agua pura en una column de absorción para recuperar el 95% de A contenido en la mezcla gaseosa. Si el proceso se efectua a 30°C y 1atm, calcula:

a) La cantidad mínima de agua a emplear para recuperar una cantidad específica de soluto A.b) El número de etapas de equilibrio teórico si la composición del líquido que sale del

absorvedor es de 13.42% mol de A.c) La cantidad de agua que ha de emplearse para la separación

Datos de equilibrio para el sistema A-B a 30°C

Solución:

y A ,B=0.25

yB ,B=0.75

T = 30°C

P = 1 atm

R = 95%

y A ,T=0.125x A, T=0

x A, B=0.2375

x 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.08 0.1

y 0 0.0128 0.0244 0.0366 0.0503 0.0637 0.0783 0.1079 0.1379

0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.280.1694 0.2026 0.2407 0.2826 0.3252 0.3679 0.4131 0.4609 0.5105

1. Calculo de la cantidad mínima de agua a emplear para recuperar la cantidad específica de soluto de A.Por definición de la relación de solvente mínimo para la recuperación de cantidad específica:

( LV )m

=y A ,B

¿ − y A, T¿

x A ,B¿ −x A,T

¿ (1)

1.1 Calculo de y A ,B¿

Por enunciado: y A ,B¿ =0.25

1.2 Calculo de y A ,T¿

A partir del porcentaje de recuperación del soluto, y la composición del soluto en el tope que están definidas por: y A ,T

¿ = y A, B¿ . (1-R)

y A ,T¿ =0.25∗(1−0.95 )=0.0125

1.3 Calculo de x A, T¿

Por definición: x A, T¿ =0

1.4. Calculo de x A, B¿

Para el cálculo de x A, B¿ interrelacionamos el diagrama de equilibrio y el diagrama de

operación bajo las condiciones de relación de solvente mínimo para la recuperación de una cantidad específica de soluto A.

a) Construcción del diagrama de equilibrio Para la construcción del diagrama convertiremos las composiciones en soluto de coordenadas de fracción molar a coordenadas libres de soluto.

x y x y0 0 0.13636364 0.20394895

0.01010101 0.01296596 0.1627907 0.254075750.02040816 0.02501025 0.19047619 0.31700250.03092784 0.03799045 0.2195122 0.39392250.04166667 0.05296409 0.25 0.481920570.05263158 0.06803375 0.28205128 0.582028160.06382979 0.08495172 0.31578947 0.70386778

0.08695652 0.12095057 0.35135135 0.854943420.11111111 0.15995824 0.38888889 1.04290092

b) Construcción de la línea de operación.Teniendo en cuenta las composiciones determinadas en ítems anteriores.

Y con estos datos se gráfica y proyectamos la intersección de la línea de operación con la curva de

equilibrio.

De la gráfica obtenemos x A, B¿ =0.1625

Reemplazando en (1):

( LV )m

=y A ,B

¿ − y A, T¿

x A ,B¿ −x A,T

¿ =0.25−0.1250.1625−0

=0.7692

Despejando L se obtiene:

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26 0.28 0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

CURVA DE EQUI-LIBRIO

Título del eje

Títu

lo d

el e

je

L=769.2 m3

h

2. Calculo del número de etapas de equilibrio teórico si la composición del líquido que sale del absolvedor es de 13.42% mol A.Para el cálculo de NT interrelacionamos la curva de equilibrio, la línea de operación y las composiciones del soluto en coordenadas libres de soluto para lo cual utilizamos la nueva composición liquida del soluto en el fondo de la columna (x A, B)dado en el enunciado.

De la gráfica se obtiene que el número de etapas:

NT=02etapas .

3. Calculo de la cantidad de agua que ha de emplearse para la separación.Este cálculo se realizar a partir de la relación de solvente que esta definida mediante la fórmula, donde las composiciones en el tope y fondo son las mencionadas anteriormente para el cálculo deNT .

( LV )=0.25−0.1250.1342−0=0.9314

Despejando L se obtiene:

L=931.45m3

h