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7/25/2019 Absorcin Columnas Empacadas
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A
BSORCIN
ENCOLUM
NASEMPACADAS
Ing. Rafael J. Chero Rivas
28 de mayo 2015
UNI-FIQT
PI 144/A. CICLO 2015-1
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DefinicinEs una Operacin unitaria de transferencia de materia que
consiste en poner un gas en contacto con un lquido, donde se
disuelve selectivamente uno o ms componentes del gas, con
objeto de separarlos.
FundamentosDifusin
Relaciones de equilibrio (solubilidad)Tipos de mezclas
Compuestos que sean solubles en el lquido.
INTRODUCCIN A LA ABSORCIN DEGASES
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Modelo de Absorcin
Condiciones de equilibrio
Balances de materia
Cintica de transferencia de masa
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Entrada delquido
Salida de lquido
Entrada de gas
Salida de gas
Soporte de relleno
Redistribuidor de lquido
Relleno desordenado o
estructurado
Retencin del relleno
Boquilla de atomizacin
Distribuidor de lquido
Eliminador de niebla
Ing. Rafael J. Chero Rivas
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Diseo de torres de relleno
Presin y Temperatura de trabajo.
Caudales de lquido y gas.
Caractersticas del relleno.
Concentraciones de entrada y salida de las fases.
Seccin transversal (dimetro).
Altura de relleno.
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Equilibrio Lquido-gas
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SOLUBILIDAD DE GASES EN AGUALEY DE HENRY (25C, 1 atm)
p = H (C)
Gas puro H Cte (Henry) Solubilidad Solubilidad
(Atm L/mol) (mol/L) (mg/L)
He 2.7 x 103 --- ----N2 1.6 x 10
3 0.000638 17.9
CH4 7.25 x 102 --- ----
O2 7.8 x 102 0.00126 40.3
CO2 29 0.0339 1500
Cl2 -- 0.089 6300
H2S 10 0.102 3350
SO2 -- 1.46 93000
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Flujos molares totales:L (mol total de lquido /h m2)G (mol total de gas /h m2)
Flujos molares de inertes:Ls (mol de inerte lquido /h m2)Gs (mol de inerte gas/h m2)
Ls = L (1x)Gs = G (1y)
Relaciones molares: X, Y
Fracciones molares: x, y
X = x / 1 x (moles de soluto/moles de inerte lquido)Y = y / 1 y (moles de soluto/moles de inerte gas)
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Balances : L x = (moles soluto / h m2)G y = (moles soluto / h m2)Ls X= (moles soluto / h m2)Gs X= (moles soluto / h m2)
Relacin entre los flujos:
Gs= G (1 - y)
Ls= Ls (1 - x)
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Anlisis de una columna de relleno
Ing. Rafael J. Chero Rivas
Se analiza un diferencial
de altura (dz). Se aplicanbalances de masa y las
ecuaciones de
transferencia de masa aese diferencial.
Se integra el diferencial
(dz), obtenindose laaltura total de relleno
(z).
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Se necesita calcular el flux de transferencia
de masa. Se ha tomado un pequeo
diferencial de altura (dz) de la columna. Las
ecuaciones son para la fase gaseosa:
otransferidSolutogasSalidagasEntrada
S es el rea de seccin transversal de
la torre. Notar que G, L estan
referidos al rea de seccintransversal:
sm
kmolG
Scinrea
gasdemolarFlujoG
2sec
Determinacin de la altura de empaque de
una columna incluye el coeficiente
individual de transferencia de masa, ky.
Para ese caso, la fuerza impulsora es (y - yi):
zSaNzzyGSzyGS )()(N
G
G
L
L
zz
z
3
2
m
ma
columnaladevolumen
masadeciatransferenreaa
s
mol
sm
kmolNyy
ykN i
2
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Dividiendo el flux de
transferencia de masa entre
S z, se tiene:z
zyzzyGNA
)()(
Debido a que z 0.
Introduciendo la defincin
de NA:
Separando variables e
integrando:
dzdyGNA
iyyaykdzdyG )3(
iyydyz
y
y aykGdzz
0
2
1
Sacando los trminos
constantes fuera de la
integral:
El lado derecho puede ser
escrito como el producto de
dos trminos HTGy NTG:
HTG NTG
TGTGNHH
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NTG
y2 y1
y/(y-yi)
kx(xi
x) = ky(y-yi)(y-yi)/(x-xi) = - kx/kx
xi
y
yi
x
Determinacin de lasconcentraciones interfaciales
En un grfico enfracciones molares,se vara y. Para cadavalor tomado, sedetermina y
i. Con
esos valores, seconstruye la grficade la derecha, paraHallar el valor deNTG.
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Tambin:
Z = HTOGNTOGTambin se pueden plantear ecuaciones semejantes para la fase lquida
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TOGTOG
y
yOG
z
NHyyy
dy
aPK
Gdzz
1
2 *)1(
'20
aPKGHOG
TOG'
12 *)(2)1(
yy
yyy
dyNTOG
ALTURA DE UNA TORRE DE RELLENO
Altura global de una unidad detransferencia
Nmero global de
unidades de transferencia
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Clculo de NTOG
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1
2 )()1(
)1(
*
y
yTOG
yyy
dyyN
0.400.200.0 0.10 0.30
y
5
10
15
20
25
30
35
Para calcular el NmeroGlobal de Unidades deTransferencia de la fase gas(NTOG) se debe trazar elDiagrama de Operacin dela Columna, luego variar Lafraccin molar del gas (y),desde y1 a y2. Para cada
valor de y, se debe leer enel diagrama de Operacinel valor y*. Con los valoresobtenidos, se debe graficarun diagrama parecido al
que se muestra, yfinalmente encontrar elrea sombreada. El valordel rea ser igual al NTOGbuscado.
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Ecuaciones para el clculo de la altura delrelleno
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Pasos para calcular z:1. Determinar la ecuacin de la recta de
operacin, desde un balance de masa
2. Calcular los coeficientes de transferencia demasa
3. En el diagrama de operacin, desde un
punto cualquiera que pertenece a la recta deoperacin, encontrar las concentracionesinterfaciales o las concentraciones de
equilibrio, segn sea el caso.4. Repetir el paso anterior para otros puntos, a
lo largo de la recta de operacin.
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Relacin de las alturas globales con las alturasindividuales de transferencia de masa
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Clculo de las alturas individuales detransferencia de masa
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Ing. Rafael J. Chero Rivas
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Nmerodeunidades
detransferencia
baco para calcular elnmero de unidades
de transferencia demasa, con Factor deAbsorcin (A) o deDesorcin (1/A)constante.
Ing. Rafael J. Chero Rivas
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