Universidad de Buenos Aires

Facultad de Ingeniería

Industrias II

Trabajo Práctico de AdsorciónSecado de aire con sílice gelatinosa

Intercambio Iónico

Profesor: Ing. Descalzi

Grupo N° 4

Trabajo Práctico Adsorción Grupo 4

Trabajo Práctico de AdsorciónSecado de aire con sílice gelatinosa

Dimensionar una instalación de adsorción por precolación en doble columna para realizar el secado continuo de aire húmedo comprimido, mediante lecho adsorbente de sílica gel. El aire es tomado a T1 = 22°C con un contenido de humedad del 82%, a reducir hasta un 1% () a una atmósfera de presión, debiéndoselo comprimir hasta 7 atmósferas para mejorar el rendimiento general antes de ingresar a las torres de adsorción. El caudal de aire que entra al equipo es de 8 + 5 = 13 en m3/hr. Siendo la duración del ciclo de 14 hs. Calcular la masa necesaria de Sílica Gel. Dimensionar las torres, calcular el calor de regeneración, realizar un esquema completo de la instalación incluyendo prefiltros, compresor postenfriador, sendas columnas (cabezales semielípticos), cañerías de alimentación / regeneración (tipo de válvulas), condensador del agua eluída, tanque del condensado.

Datos: Densidad del adsorbente Sílica Gel = 0.73 kg/dm3

Calor específico del adsorbente Sílica Gel = 0.2 kcal/kg°C Densidad del material de las columnas (hierro) = 7.8 kg/dm3

Calor específico del hierro = 0.1 kcal/kg°C Calor específico del adsorbato (vapor de agua) = 0.4 kcal/kg°C Calor latente del adsorbato (vapor de agua) = 540 kcal/kg Constante de la evolución poltrópica: m = 1.4 (compresión) Temperatura del aire húmedo luego del postenfriamiento: t = 10°C Se asume que postenfriador condensa un 40% del agua que ingresa en el aire atmosférico Yt a la t = 40 kg SG/100 kg H2O Densidad del aire = 1.293 kg/m3

Calor de adsorción-desorción = 25 kcal /kg Temperatura de regeneración = 150°C Volumen muerto = 21%

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1) Cálculo del caudal

Dado que en el compresor la evolución es adiabática, la evolución es una politrópica con m = 1.4 y expresando las temperaturas en °K

Además se debe cumplir que:

que reemplazado lo anterior queda:

2) Cantidad de agua a extraer

Siendo la humedad absoluta la relación entre la cantidad de agua y la cantidad de aire seco, se puede expresar de la siguiente forma:

donde PMW = 18 y el PMAS = 29

teniendo en cuenta que los números de moléculas son proporcionales a sus respectivas presiones parciales:

v

v

A

v

AS PP

P

P

P

n

n

siendo P = PA + PV

por lo tanto queda que:

Además sabiendo que la humedad relativa es la relación entre la presión parcial del vapor de agua a esa temperatura y la presión de saturación a esa temperatura.

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se puede reemplazar la ecuación anterior:

En el postenfriador se elimina 40% de la humedad:

para la temperatura de entrada del aire se busca de tablas la presión parcial de saturación del vapor de agua.A la salida de la torre debe ser Tf = 10°C y Pf = 1atm PV = 0.01211atm

El producto de la humedad absoluta hallada por la cantidad de aire que circulará nos dará la cantidad de agua total a sacar del sistema, para ello:

3) Masa del adsorbente: Gs

Con los datos Te y se busca el valor Yt en la tabla del Perry

Yt = 40 kgW / 100 kgSG Pto.ruptura = 1,2

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z

ciclo

kgGs

kg

kgciclo

kg

Gs

Y

WGs

SG

SG

W

W

r

95.3

100

48

897.1

considerando la densidad de sílica gel = 0.73 kg/cm3

4) Dimensionamiento de la Torre

adoptando

La altura de la torre se obtiene agregando la porción de volumen de Aire:

5) Calor de regeneración

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Es el calor necesario para eliminar el adsorbato del adsorbente. Se logra pasando aire caliente a contracorriente por la columna.

ciclo

kcalQagua

CCciclo

kg

Ckg

kcal

ciclo

kg

kg

kcalCC

ciclo

kg

Ckg

kcalQagua

CTregWCwWTeCWCwQagua

QdesQfeQsgQaguaQreg

W

2.1138

100150897.11897.154090100897.11

100100

es el calor a entregarle al agua para llevarla a la temperatura de regeneración

es el calor a entregarle al adsorbente para llevarlo a la temperatura de regeneración.

donde

es el calor a entregarle a la columna de hierro para llevarla a la temperatura de regeneración.

donde el qdes se extrae de la Figura 76 Página 1380 del Tomo I del Perry para la desorción de la sílica gel.

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Agua

Ads

orbe

nte

– S

ílic

a G

el

Cal

efac

ción

o r

efri

gera

ción

Agu

a el

udía

rec

uper

ada

Con

dens

ador

Salida de aire limpio

Control de aire no adsorbido

Aire a adsorber

Vapor(II)

(I)

(I)

(II)

(II)

(II)

Aire comprimido

Compresor

Tanque de condensado

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Instalación de adsorción por precolaciónTiempo (I): Adsorción

Tiempo (II): Recuperación con desorción y condensación

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Trabajo Práctico Intercambiador Iónico Grupo 4

Intercambiador Iónico

Dimensionar un equipo de intercambio iónico para precolación en columnas de lecho para desalificar una corriente de agua que contienen cloruro de sodio en solución

Caudal de agua a tratar: 4+10 = 14 m3/hr Concentración inicial del ClNa: 1268 mg ClNa/100 cm3 Tiempo del ciclo sin regenerar las resinas 10 hs Concentración final del ClNa: 68 mg ClNa/100 cm3

Características de los intercambiadores iónicosAniónico CatiónicoTipo Amberlita IR-4 Tipo Amberlita IR-1Densidad aparente: 0.6 kg/l Densidad aparente: 0.7 kg/lEs válida la ecuación de FreundlichVolumen inerte: 30%

Realizar un esquema de la instalación que incluyan torre catiónica, descarbonatadora, aniónica, lecho mixto (sin dimensionar) con sus respectivos tanques de regeneración, y sus cañerías correspondientes

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Trabajo Práctico Intercambiador Iónico Grupo 4

Reacción del Catión Cambiador 

RcH + Na+ + Cl- RcNa + Cl- + H+

La cantidad de sodio a eliminar será: 

 Masa de Na+ =

Mediante la ecuación de Freundlich podemos obtener la cantidad de HCl adsorbida (retenida) en el equilibrio por unidad de peso de adsorbato:

k=119.0 y n=0.000 se obtienen de tablas (para Amberlita IR-1) Estos kgs de cambiador ocuparán el volumen:

Ecuación de neutralización

RaOH + H+ + Cl- RaCl + H2O La cantidad de ácido Clorhídrico a eliminar será:

Masa de HCl=

Mediante la ecuación de Freundlich podemos obtener la cantidad de HCl adsorbida (retenida) en el equilibrio por unidad de peso de adsorbato: 

 k=161.5 y n=0.070 se obtienen de tablas (para Amberlita IR-4 - HCl)

Estos kgs de cambiador ocuparán el volumen:

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Trabajo Práctico Intercambiador Iónico Grupo 4

Instalación de desalificaciónTiempo (I): Eliminación de cationes y de aniones

Tiempo (II): LavadoTiempo (III): Regeneración

Tiempo (IV): Lavado con agua pura

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Solución regenerante ácida

Solución regenerante alcalina

Anión - cambiador

Catión - cambiador

Des

gasi

fica

dor

Agua desalinizada

Agua con NaCl

agua agua

(II) y (IV) (II) y (IV)

(III) (III)

(I)

(I)