Ejercicio de absorción y desorción de gases junto con columna de doble alimentación de gas, Ejercicios de Calor y Transferencia de Masa

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Y = 0,1225X + 0,

R² = 1

0

0,

0,

0,

0,

0,

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,

Y (mol aromáticos/ mol gas seco)

X (mol aromáticos/mol aceite de lavado)

Diagrama de equilibrio, línea de operación mínima (1,1 atm y 80 ºF)

(X 2 ,Y 2 )

(X 1 ,Y 1 )min

𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑝𝑎 =

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Y = 0,1848X + 9E-

R² = 1

0

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,

Y (mol aromáticos/ mol gas seco)

X (mol aromáticos/mol aceite de lavado)

Diagrama de equilibrio, línea de operación real y etapas de equilibrio

(1,1 atm y 80 ºF)

(X 2 ,Y 2 )

(X 1 ,Y 1 )

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Sebastián Ramírez Meza

Absorción y desorción

Operaciones de Separación

Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá

EJERCICIO SOBRE ABSORCIÓN CON DOBLE ALIMENTACIÓN DE GAS ENTRANTE

Considere que la corriente de gas del ejercicio anterior fue el resultado de haber mezclado una corriente con flujo de 50

mol/h, 1% mol de soluto y una segunda con flujo de 30 mol/h con 3,67 mol de soluto. Ahora las dos corrientes se van a

alimentar por separado a la columna de absorción (la de mayor concentración entra por el fondo de la columna y la

segunda entra en la etapa en la que el gas tenga la concentración más parecida. Las condiciones de operación,

recuperación y equilibrio son las indicadas en el enunciado previo (1,1 atm, 80ºF, coeficiente de distribución del soluto

entre el gas y la fase líquida es 0,125 en relaciones molares, aceite con 0,5% de soluto, recuperación de soluto 95%).

Para la columna de absorción:

1. Calcule el flujo mínimo de solvente requerido.
2. Para 1,5 veces el flujo mínimo de solvente determine el número de etapas de equilibrio necesarias y la etapa en

la que se debe alimentar la corriente intermedia de gas.

3. Compare los resultados con los del ejercicio previo y obtenga conclusiones.

Solución

Se establece el volumen de control y se definen las variables

ଶ

Por comodidad se va a trabajar en relaciones molares (en base libre de solvente), las variables que se tienen hasta ahora

equivalen:

଴

௃

௃

௃

ଵ

ଵ

ଵ

ଶ

ଶ

௃

Con el coeficiente de distribución dado en relaciones molares es posible representar la curva de equilibrio y establecer el

punto que corresponde a la cima de la torre por medio de la representación de lo que sería la línea de operación:

ଵ

௃

଴

ଶ

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௦

ଵ

௃

௦

଴

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௦

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௦

௦

ଵ

௃

ଶ

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଴

Analizando el comportamiento que debería tener la línea de operación, se encuentra que ésta debe tener dos pendientes,

pues la relación 𝐿 ௦

௦

cambia a lo largo de la columna. En el fondo de la torre ingresa la primera corriente de gas, la cual

tendrá una cantidad invariante de gas seco metano), como el aceite de lavado no cambia en toda la torre, la relación 𝐿 ௦

௦

va a mantenerse fija al llegar a la etapa en la que ingresa la segunda corriente de gas, cuya concentración de soluto es

muy similar a la que lleva el flujo de gas que viene de abajo, la relación 𝐿 ௦

௦

cambia, pues aumenta 𝐺

௦

௃

Y = 0,125X

R² = 1

0

0,

0,

0,

0,

0,

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,

Y ( moles c. arom/mol metano)

X ( moles c. arom/mol aceite de lavado)

lo que se traduce en un pendiente menor a la que se llevaba inicialmente. Por lo tanto para calcular la cantidad de solvente

mínimo se debe tener en cuenta que para no cruzar el equilibrio, la línea de operación mínima debe tocar al equilibrio en

௃

. Con esto es posible calcular la cantidad 𝐿

௦

mínima.

En la figura anterior se puede observar que al tocar la curva de equilibrio en 𝑌 ௃

= 0,0101se tiene que 𝑋

௃

= 0,0808. Con

la ecuación de esta recta se obtiene el valor 𝐿

௦

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Respuesta 1. Para la condición de flujo mínimo se necesita un total de 9,38 mol de aceite de lavado por hora.

El enunciado establece que se va a usar 1,5 veces el flujo mínimo, es decir:

௦

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Como la corriente de gas entra con una concentración similar a la de la etapa, es en este punto donde se quiebra la

pendiente de la línea de operación. Para calcular la coordenada 𝑋

ଵ

௃

௃

ଶ

௦

௦

଴

Y = 0,125X

R² = 1

y = 0,1198x + 0,

R² = 1

0

0,

0,

0,

0,

0,

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,

Y ( moles c. arom/mol metano)

X ( moles c. arom/mol aceite de lavado)

Se puede ver que es necesario 7 etapas de equilibrio ideales y una fracción de etapa que equivale a:

𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑡𝑎𝑝𝑎 =

ଵ

ே

ேାଵ

ே

Respuesta 2. Para 1,5 veces el flujo mínimo son necesarias 7, 06 etapas de equilibrio ideales. La entrada de la segunda

corriente gaseosa se hace en la etapa 6.

Y = 0,125X

R² = 1

y = 0,1803x + 0,

R² = 1

y = 0,5016x - 0,

R² = 1

0

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0,

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24 0,28 0,

Y ( moles c. arom/mol metano)

X ( moles c. arom/mol aceite de lavado)