1 . RESUMEN El primer objetivo de este experimento es estudiar la cada de presin en una columna empacada, teniendo en cuenta tres estados diferentes de funcionamiento: Cada de presin en una columna empacada, con empaque seco, variando la velocidad del gas. Cada de presin en una columna empacada, con velocidad de circulacin de liquido constante. Cada de presin en una columna empacada, variando la circulacin del liquido. El segundo objetivo es el de estudiar el comportamiento y desarrollo de un proceso de desorcin, as como calcular los parmetros propios del proceso y verificar el dimensionamiento del equipo. Las pruebas de cada de presin fueron determinadas a 3 flujos diferentes de lquido y aire, segn sea el caso. Se pudo determinar el area de operacin optima para la columna empacada. La prueba piloto de desorcion fue realizada solo una vez con resultados satisfactorios, ya que la transferencia de masa de la fase liquida a la gaseosa se realizo con buenos resultados.

CONTENIDO

UUnniivveerrssiiddaadd nnaacciioonnaall ddee iinnggeenniieerraa ......................................................................................................................... 1 1 . Resumen ............................................................................................................................................................. 2 Desorcion ................................................................................................................................................................ .............. 4 2. Introduccion ..................................................................................................................................................... 4 3. Equipo y procedimiento .............................................................................................................................. 4 4. Resultados y discusion ................................................................................................................................. 5 5. Conclusiones .................................................................................................................................................. 14 6. Apendices ........................................................................................................................................................ 14 7. Bibliografia ..................................................................................................................................................... 19

DESORCION 2. INTRODUCCION La desorcion de gases es una operacin unitaria en la cual una mezcla liquida se pone en contacto

con un gas, a fin de disolver de manera selectiva uno o ms componentes del liquido y obtener

una solucin de estos en el gas.

En el desarrollo de las operaciones de desorcion se hace necesario el uso de curvas de equilibrios,

las cuales en el caso de sistemas ideales y diluidos estn regidas por la ley de Henry:

Esta expresin ser utilizada para el sistema amoniaco aire agua que se presenta en esta

experiencia.

En el estudio de la cada de presin se debe tener en cuenta que una columna puede trabajar

ptimamente o en condiciones normales, siempre y cuando la cada de presin en el empaque este

por un valor por debajo de las curvas de carga e inundacin que pretendemos hallar con este

experimento. Dichas curvas sern trazadas a partir de los puntos de inflexin que presenten las

curvas experimentales halladas en la prctica.

Existe un flujo mnimo de gas necesario para activar la fuerza motriz que dirige la transferencia

de masa de lquido a gas.

En el diseo de columnas empacadas, la altura del empaque de las mismas puede ser hallado a

partir de los nmeros de transferencia, tambin conocidos como la altura de una unidad de

transferencia y el nmero de unidades de transferencia.

3. EQUIPO Y PROCEDIMIENTO El equipo consta principalmente de una torre de vidrio, rellena con anillos Rasching de vidrio de , con altura de relleno de 48, dimetro interior de 4, trabajando a condiciones ambientales. El equipo auxiliar cuenta con una bomba para el desalojo del lquido del fluido de la columna, un compresor para insular aire, una vlvula reductora de presin y un sistema neumtico de control de nivel de lquido en el fondo de la columna. Se cuenta adems con

medidores de flujo tanto del gas como del lquido. La alimentacin del lquido a la columna es por gravedad. El procedimiento de la practica consta de tres partes: la primera se trata de medir la cada de presin de la columna en seco, es decir haciendo pasar solo flujo de aire; seguidamente se mide la cada de presin fijando un flujo de liquido y haciendo variar el flujo de gas, se realizaron 3 pruebas; finalmente se opera con flujo de gas constante y flujo de liquido variable, se realizo solo una prueba. 4. RESULTADOS Y DISCUSION - Calculo de las concentraciones: Alimentacion: Solucion de NH4OH

V consumido (mL) Concentracion de NH4OH (N) Peso del NH4OH (gramos) 9.8 0.098 0.01669038 9.5 0.095 0.01617945 Promedio 0.0965 0.01643492 Desviacion estandar 0.00212132 0.00036128 %RSD 2.198259423 2.19825942 Soluciones Diluidas T=18C p agua 0.99681 g/cm3 w mezcla 0.103296373 x entrada 0.159104473 Salida: Solucion diluida por desorcion Tiempo (min) V consumido (mL) Concentracion de NH4OH (N) Peso del NH4OH (gramos) Tiempo (s) V consumido (mL) Concentracion de NH4OH (N) Peso del NH4OH (gramos) 1 6.7 0.067 0.0114107 9 6.9 0.069 0.01175139 1.2 6.6 0.066 0.0112404 10.3 6.8 0.068 0.01158108 2 6.5 0.065 0.0110701 12 6.9 0.069 0.01175139 2.5 6.5 0.065 0.0110701 13.3 6.7 0.067 0.01141077 3.4 6.8 0.068 0.0115810 15 6.9 0.069 0.01175139 4.3 7 0.07 0.0119217 17.3 6.8 0.068 0.01158108 5.3 7.1 0.071 0.0120920 20 6.8 0.068 0.01158108 6.3 6.9 0.069 0.0117513 7.3 6.8 0.068 0.0115810 Promedio 0.068333333 Desviacion estandar 0.000707107 Peso del NH4OH (gramos) 0.01157044

Esta grafica representa la respuesta transitoria de la concentracin de salida por el fondo de la torre antes de que el sistema alcance el estado estacionario, - Balance de masa en la columna de desorcion: Datos experimentales : L0 = 40 PPH GNp+1 = 5 SCFM Di ducto = 0.25 pulg Densidad = 4.34E-5 Lb/ft3 Densidad = 62.3 Lb/ft3 26C y 1 atm 26C, 1 atm.

x0= 0.1591 y1 = 0.9934 L0= 40 Lb/h G1 = 1.969291 Lb/h 18.1439 Kg/h 0.89326 Kg/h T = 26.3 C temp estimada= 26.8C xNp= 0.1159 YNp+1 = 0 LNp= 38.04373 Lb/h GNp+1 = 1.30E-2 Lb/h 17.2565 Kg/h 0.00591 Kg/h Y

%RSD 1.034790411 Soluciones Diluidas T=26C p agua 0.99862 g/cm3 w mezcla 0.099862 x salida 0.11586425

Ls = 33.63582 Lb/h Gs = 1.30E-2 Lb/h Para hallar la concentracin de salida del gas y1 , se hace uso del balance de masa total y por componentes, representado por las siguiente ecuaciones: Balance Total : Balance del soluto : - Hallando la curva de Equilibrio:

Para un desorbedor: La curva de equilibrio

Sustancia Formula A B C

Amoniaco NH3 15.49 2363 -22.62

Presion de Operacin =

101.325 Kpa

Temperatura de Referencia =

26

T Presin de vapor m x (fraccin molar) X M promedio

16 749.3558006 7.39556674

17 774.6339577 7.64504276

18 800.5668735 7.90098074 0.115864249 0.131048031 7.77301175 1.018637881

19 827.165709 8.16349083 0.121269277 0.138005049 8.032235788 1.108489097

20 854.441687 8.43268381 0.126674305 0.145048183 8.298087323 1.203622486

21 882.4060898 8.70867100 0.132079333 0.152179039 8.570677409 1.304277451

22 911.070258 8.99156435 0.137484361 0.159399267 8.85011768 1.410702274

23 940.4455885 9.28147632 0.142889389 0.166710559 9.136520338 1.523154412

24 970.5435329 9.57851994 0.148294417 0.174114647 9.429998132 1.641900797

25 1001.375596 9.88280874 0.153699445 0.18161331 9.730664341 1.767218159

26 1032.953333 10.1944567 0.159104473 0.189208371 10.03863276 1.899393354

m= 185.0129172

b= -3.436382685

Del balance de masa podemos hallar la curva de operacin, la cual se presenta junto con la curva de equilibrio en una mismo grafica.

- Calculo de los numero de transferencia: T X Y

16 17 18 0.131048031 0 1.018637881 1.018637881 0.981703134 19 0.138005049 0.12417356 1.108489097 0.984315537 1.015934385 20 0.145048183 0.248347121 1.203622486 0.955275365 1.046818579 21 0.152179039 0.372520681 1.304277451 0.93175677 1.073241464 22 0.159399267 0.496694241 1.410702274 0.914008033 1.094082288 23 0.166710559 0.620867802 1.523154412 0.90228661 1.10829529 24 0.174114647 0.745041362 1.641900797 0.896859434 1.11500193 25 0.18161331 0.869214922 1.767218159 0.898003237 1.113581733 26 0.189208371 0.993388483 1.899393354 0.906004871 1.103746825

m= 8.053244162 b= 18 Usando mtodo integral 1/3 Simpson = 0.7286 Reemplazando

= 0.7286+0.5ln((1+0)/(1+.76138)) NtoG= 0.4455 Altura global con las alturas individuales de transferencia de masa

Para soluciones diluidas la ecuacin (8.56) del Treybal se reduce a: Apartir de la tabla 8-4-1, Height of a gas film transfer unit Pero el Sc solo debe utilizarse cuando se trabaje con sistemas distintos al aire-amoniaco por lo cual: Para un relleno con anillos Rasching de 1/2", los valores son: 2.32 0.45 -0.47 d= 0.3333 pies rea de la columna=0.087249214 Fijando: G= 458.456851

= 8.450931466 L= 22.57087162 El Sc solo debe utilizarse cuando se trabaje con sistemas distintos al aire-amoniaco por lo cual:

Para un relleno con anillos Rasching de 1/2", los valores son: 0.00357 n 0.35 u 0.000098 Poise

= 0.690955442 Reemplazando en: = 117.542077 Finalmente la altura de la columna: Z= 52.36499531 Altura real: Z= 48 pulgadas - Clculo de la transferencia de calor en la parte superior de la columna de desorcin.

* Se considera una altura de 1 cm para calcular la transferencia de calor desde el entorno (aire) hasta la superficie.

El clculo de la transferencia de calor en la parte externa se realiza utilizando una correlacin para flujo externo y la transferencia de calor se realiza por conveccin.

Balance de energa en todo el sistema: Aire (Kg/h)= 0,00591 NH3 (Kg/h)= 0,01884

H2O (Kg/h)= 0,32402

hkgaire 310*915.5 =

hkgaire 310*915.5 =

ClNHOHTOPENHOHCgaireFONDOaire

ClNHOHFONDONHOHCgaireTOPENHaire

hmhm

hmhmQ

1.26)(//8.21)(

8.21)(//3.26)(/

3232

32323

**

**

+= )(*)(*

)3.268.21(**)8.213.26(**

3.26)(8.21)(3.26)(3.26)(

)()(

333333

22

ClNHClNHNHClNHCgNHNH

lOHplOHpaire

hhmhhm

CCCmCCCmQ

+

++=

K

KgKJ

hkg

KgKJ

hkg

KKgKKJ

hkgK

KgKKJ

hkgQ

)3.268.21(*)084.2(*04246.0)1369(*01884.0

)3.268.21(*127.4*32402.0)8.213.26(*713.1*00591.0

+

++= h

KJQ 98.18= Donde: Liquido(in) Gas(out) Gas(in)

NH3 (Kg/h)= 0,0613

Aire (Kg/h)= 0,00591 H2O (Kg/h)= 0,32402 NH3 (Kg/h)= 0,04246

hkgNH 0613.03 = hkgOH 32402.02 =

hkgNH 01884.03 =

Liquido(out) K

KgKJ

hkg

KgKJ

hkgK

KgKKJ

hkgK

KgKKJ

hkgQ )3.268.21(*)084.2(*04246.0)1369(*01884.0)3.268.21(*127.4*32402.0)8.213.26(*713.1*00591.0 +++=

hKJQ 42.19=

Balance de energa en todo el sistema: Datos adicionales:

Aire (Kg/h)= 0,00591 NH3 (Kg/h)= 0,01884 H2O (Kg/h)= 0,32402 NH3 (Kg/h)= 0,0613

Aire (Kg/h)= 0,00591 H2O (Kg/h)= 0,32402 NH3 (Kg/h)= 0,04246

hkgOH 32402.02 =

hkgNH 04246.03 =

Cp NH3 = 4,744 KJ/Kg,K Cp NH3 = 2,084 KJ/Kg,K NH3 = 1369 KJ/Kg Cp Aire = 1,713 KJ/Kg,K Cp H2O = 4,427 KJ/Kg,K 5. CONCLUSIONES - La cada de presin es un parmetro muy importante para el buen funcionamiento de la columna. - Se comprob que la ecuaciones dadas por la teora previamente estudiada son aplicables a la realidad y al mismo tiempo tiles para obtener estimaciones de orden de magnitud. - El proceso de desorcion estudiado no es un proceso a condiciones isotrmicas, es mas el gradiente de temperatura tiene una amplitud considerable y adems el calor que se libera al ambiente por medio de conveccin no puede ser despreciado para situaciones reales. 6. APENDICES Hoja de datos:

Experiencia 1: Cada de Presion

L1(lb/hr)= 0 Q (pie^3/min) P (mmH2O) 3 4 5 10 8 27 10 41 12 60 14 82 16 107 L2(lb/hr)= 40 Q (pie^3/min) P (mmH2O) 3 6 5 18 8 47 10 75 12 113 14 163 16 235 L3(lb/hr)= 80

Q (pie^3/min) P (mmH2O) 3 13 5 26 8 50 10 88 12 131 14 197 G (pie^3/min)= 10 Q (lb/hr) P (mmH2O) 20 63 40 70 60 75 80 85 100 95 120 103 140 107 160 120 Prueba en Hysys:

7. BIBLIOGRAFIA

TREYBAL, ROBERT, Operaciones De Transferencia De Masa, 2da Edicion, Editorial Mc Graw Hill.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA1. REsumen

DESORCION2. introduccion3. Equipo y procedimiento4. resultados y discusion5. CONCLUSIONES6. apendices7. BIBLIOGRAFIA