Análisis de una columna empacada para absorción … · llevan a cabo en equipos tipo columnas o ... c. Torres empacadas d. Torres de platos de burbujeo Universidad Nacional Experimental

PRÁCTICA No 5 LABORATORIO DE OPERACIONES

UNITARIAS III

Análisis de una columna empacada para absorción

gaseosa utilizando un simulador comercial

Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda”

Departamento de Energética Complejo Académico El Sabino

Laboratorio de Operaciones Unitarias III

Facilitador: Ing. MSc. José Alexander

Colina

1

SISTEMAS DE TRANSFERENCIA DE MASA

Un gran número de operaciones industriales se relacionan con el problema de cambiar la

composición de soluciones y mezclas, utilizando los principios de TRANSFERENCIA

DE MASA INTERFASIAL.




ING. MSc. JOSÉ ALEXANDER COLINA 2


Ejemplos:

1. Transferencia de un soluto desde la fase gaseosa hasta la fase líquida, como en

absorción y deshumidificación

2. Transferencia de un soluto desde la fase líquida hasta la fase gaseosa, como en la

humidificación, y en desorción






Ejemplos:

3. Transferencia de un soluto desde una fase líquida hasta una segunda fase líquida, como

en extracción líquido líquido

4. Transferencia de un soluto desde un sólido hasta una fase fluida, como ocurre en el caso

del secado y la lixiviación






Ejemplos:

5. Transferencia de un soluto desde un fluido sobre la superficie de un sólido como ocurre en el caso de la adsorción y el intercambio de

iones






Este tipo de operaciones por lo general se llevan a cabo en equipos tipo columnas o

torres, que se diseñan adecuadamente para proporcionar contacto íntimo entre las fases.

Pueden clasificarse en cuatro tipos de equipos en forma muy general:






a. Torres de aspersión

b. Torres de burbujeo

c. Torres empacadas

d. Torres de platos de burbujeo





TORRES EMPACADAS

Son llamadas también equipos de contacto continuo. En estas se ponen en contacto dos fases, por lo general, en contracorriente, y

éstas son inmiscibles.

Tal como ocurre en el caso de la absorción gaseosa, operación en la cual se ponen en contacto una fase gas y una fase líquido.





ABSORCIÓN GASEOSA

Es una operación unitaria en la cual se verifica un proceso de transferencia de masa desde una fase gas hasta una fase líquida, que resulta de la solubilidad

de uno o más compuestos del gas en la fase líquida a una temperatura y presión dada.

En esta operación el principio de separación es la solubilidad del gas en el líquido y el agente de

separación es la fase líquida que se pone en contacto con el gas y que se le llama solvente.





ABSORCIÓN GASEOSA: Equipo Típico





ABSORCIÓN GASEOSA: EN PRO II

Pro II es un paquete de simulación comercial para realizar balances de materia y energía en diferentes

equipos y procesos integrados, en estado estacionario. Trabaja con diagramas de flujos, cuenta

con poderosas bases de datos, modelos termodinámicos y herramientas de análisis para

realizar análisis de sensibilidad.

Utilizando este paquete, en este seminario, simularemos una columna de absorción gaseosa.





PROCEDIMIENTO GENERAL

CASO DE ESTUDIO:

Utiliza el simulador para:

1. Determinar todos los parámetros de flujo y composiciones desconocidas del sistema. Revisa las

propiedades encontradas.

2. 2. Utilizar la herramienta Sizing para estimar el diámetro de la columna si la misma está empacada con anillos

Raschig cerámicos de 1 in

3. Utiliza la herramienta rating para realizar variaciones del diámetro de la columna y establecer análisis de

sensibilidad en el sistema, mediante la herramienta caso de estudio.






En lugar de calcular los NTU se calculará el número de etapas ideales. Como no es posible especificar como variable el número de etapas teóricas de la torre, y éstas deben ser especificadas desde un comienzo, el método de solución

consistirá en tomar como variable el flujo líquido que entra e iterar el número de etapas dado a la torre hasta que el flujo de liquido requerido arrojado por el programa sea igual al

dado de 30,5 lbm/min.






Dibuje el diagrama de flujo del proceso. El proceso de absorción se representa por el mismo icono para la extracción L – L y para la destilación, haciendo uso del icono nombrado Distillation. En la ventana que le pide la configuración de la torre, deseleccione el condensador y el rehervidor y en el número de etapas teóricas coloque el valor estimado para

empezar.El diagrama debe ser de la siguiente forma, alimentado en contracorriente los flujos de líquido y de gas.











Defina las unidades de medida con las que va a trabajar En la ventana Units of Measure… Seleccione FARENHEIT en el

campo Temperature y PSIA en el campo Pressure.

Usted es libre de decidir el sistema en el cual hará su simulación, y puede probar variar las mismas.






Defina las unidades de medida con las que va a trabajar En la ventana Units of Measure… Seleccione FARENHEIT en el

campo Temperature y Atmosphere en el campo Pressure.






Defina todos los componentes que se encuentran en su sistema Entre a la ventana Selection Component escoja los

componentes que se trabajan en el sistema






Defina todos los componentes que se encuentran en su sistema Entre a la ventana Selection Component escoja los componentes que se trabajan en el sistema los cuales son:

agua (water), Amoniaco (Ammonia), aire (Air).






Seleccione el método termodinámico que se utilizará para la solución del problema. Para este sistema son recomendables los métodos basados en la actividad del líquido, En la ventana

Thermodynamyc Data

En la ventana que le pide que seleccione entre sólo para una fase liquida o para cálculos de dos fases liquidas, Seleccione

solo para una fase, que es lo que se tiene. Se debe tener mucho cuidado al seleccionar el método termodinámico ya

que resultados muy diferentes se obtienen con métodos diferentes.






Seleccione el método termodinámico que se utilizará para la solución del problema. Para este sistema son recomendables los métodos basados en la actividad del líquido, En la ventana Thermodynamyc Data escoja desde Liquid Activity el método

NRTL (Non Random Two Liquids).

En la ventana que le pide que seleccione entre sólo para una fase liquida o para cálculos de dos fases liquidas, Seleccione

solo para una fase, que es lo que se tiene. Se debe tener mucho cuidado al seleccionar el método termodinámico ya

que resultados muy diferentes se obtienen con métodos diferentes.





PROCEDIMIENTO GENERAL Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de

alimentación de proceso Las corrientes de entrada a la columna son el flujo de gas que entra y el flujo de agua. Haga doble clic sobre la corriente nombrada “G1” en el campo First

Specification: la cual será la temperatura





PROCEDIMIENTO GENERAL En el campo Flowrate and Compositions… Seleccionamos

Total Fluid Flowrate (flujo total). En Componet damos el valor correspondiente, en UOM se deben cambiar las unidades en

base volumétrico, escogiendo Vap.Vol.





PROCEDIMIENTO GENERAL Debe suministrar los datos de entrada a las corrientes de

alimentación de proceso Las corrientes de entrada a la columna son el flujo de gas que entra y el flujo de agua. Haga doble clic sobre la corriente nombrada “G1” en el campo First Specification: se especificará la temperatura al valor de 68 °F. Será necesario especificar presión. En el campo Flowrate and

Compositions… Seleccionamos Total Fluid Flowrate (flujo total). En Componet damos el valor 60 para el aire y 40 para el

amoniaco, en UOM se deben cambiar las unidades en base volumétrico, escogiendo Vap.Vol. Ahora para el flujo de agua

de igual forma especificamos la temperatura de 68°F y se debe dar un flujo individual inicial que puede ser el valor

requerido de 30,5 lbm/min





PROCEDIMIENTO GENERAL En el campo Flowrate and Compositions… Seleccionamos

Total Fluid Flowrate (flujo total). En Componet damos el valor 60 para el aire y 40 para el amoniaco, en UOM se deben cambiar las unidades en base volumétrico, escogiendo

Vap.Vol. Ahora para el flujo de agua de igual forma especificamos la temperatura de 68°F y se debe dar un flujo

individual inicial que puede ser el valor requerido de 30,5 lbm/min





PROCEDIMIENTO GENERAL Suministre las condiciones de operación de la unidad de

trabajo Haga doble clic en la unidad para mostrar la ventana Column. Se dejará el algoritmo Inside-Out que se tienen por defecto. La unidad se nombrará como “ABSORCION” EN EL

CAMPO Unit. Se tiene por defecto para la solución del problema un total de 30 iteraciones, que se puede cambiar si

se desea.





PROCEDIMIENTO GENERAL En la opción Pressure Profile… Se mostrará una ventana en la

que se debe especificar la presión total o por etapas. En la solución del problema no se considerará la caída de presión

en la torre por eso en la etapa superior se tendrá una presión de 1 Atm, éste valor se debe colocar en el campo Top Tray Pressure y en el campo de caída de presión se dejará cero

(que se tiene por defecto)





PROCEDIMIENTO GENERAL Al volver a la ventana Column se escoge la opción Feeds and Products… En la primera sección de la ventana se le pide que especifique a que etapas van las corrientes de entrada. En el

campo que está la corriente “G1” indique que será a la última etapa, la 6 en este caso y la corriente “L2” siempre irá a la

etapa 1. Se estimará para el producto de fondo “OUT-LIQ” la misma cantidad que entra en el campo Rate





PROCEDIMIENTO GENERAL En la opción Perfomance Specifications…Se debe establecer la

especificación de diseño que se considere, la cual puede ser una composición de salida del gas tratado, como en este caso,

o un porcentaje de recuperación de soluto en el líquido enriquecido. Por lo general, estas son las especificaciones más

comunes. EN LOS CASOS DE ABSORCIÓN DE LOS SISTEMAS QUE ESTAMOS ANALIZANDO NO ES NECESARIO.






especificación de diseño que se considere, la cual puede ser una cmposición de salida del gas tratado, como en este caso, o

un porcentaje de recuperación de soluto en el líquido enriquecido. Por lo general, estas son las especificaciones más

comunes








comunes








comunes








comunes






El proceso está listo para ser simulado Oprima el botón Run en la barra de tareas.






El proceso está listo para ser simulado Oprima el botón Run en la barra de tareas.








comunes






Genere el Reporte Al generar el reporte de la simulación se obtiene los datos y estados de las corrientes involucradas en

la operación de absorción.






Genere el Reporte Al generar el reporte de la simulación se obtiene los datos y estados de las corrientes involucradas en

la operación de absorción.




ESTO ES APENAS UNA PATE DE LO QUE SE MUESTRA EN EL REPORTE


ALGUNOS TIPS IMPORTANTES

• La absorción gaseosa, la extracción líquido líquido, adsorción e intercambio iónico, son procesos de transferencia de masa con difusión a través de un componente estacionario

• El número de unidades de transferencia que se requiere en una unidad de contacto continuo es una medida de la dificultad de la separación, así, si se desean productos muy puros, se requerirá un gran número de unidades de transferencia, aunque igualmente esto dependerá de lo difícil que pueda ser la separación. La cercanía de las curvas de operación y equilibrio ofrece una idea de esta dificultad

• La altura de la unidad de transferencia es una medida de la efectividad de separación del empaque particular para las especies químicas que se están procesando

• Si la velocidad de transferencia de masa en la interfase es alta y el área superficial de transferencia es grande, entonces la altura de una unidad de transferencia será pequeña. Se requiere del coeficiente de transferencia de masa.





ALGUNOS TIPS IMPORTANTES

• En una torre empacada, las composiciones de líquido y gas cambian continuamente con la altura del empaque, por esta razón cada punto sobre la línea de operación representan las condiciones que se encuentran en algún lugar de la torre, mientras que en las torres de platos, solo tienen significado real los puntos aislados sobre la línea de operación correspondiente a los platos

• El método de ALTURA EQUIVALENTE PARA UNA ETAPA IDEAL O PLATO TEÓRICO (HETP) supone que el número de platos se calculan por los métodos de eficiencia, luego estos se multiplica por esta altura equivalente para obtener la altura necesaria del empaque. El HETP debe ser una característica determinada experimental y es propia de cada empaque. Varía con el tipo, tamaño y en muy gran medida con las variaciones de los flujos del sistema y sus concentraciones, por lo tanto se necesitan una gran cantidad de datos experimentales, y es un método bastante complejo





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