UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA

COMPLEJO ACADÉMICO “EL SABINO” DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA

UNIDAD CURRICULAR: OPERACIONES UNITARIAS III

Problema 1. El amoníaco (NH3, masa molar 17) contenido en aire a 68°F y a presión atmosférica va a absorberse en una torre empacada con anillos Rasching de ½” cerámicos, con flujo a contracorriente. Dicha columna tiene un diámetro de 6,07in y utiliza como líquido absorbente agua libre de amoníaco (H2O, masa molar 18). La rapidez de entrada del gas proveniente de una corriente de proceso es de 390ft

3/h, y la rapidez de entrada

de agua disponible para el diseño es de 24,6 lbm/h. Bajo estas condiciones se sabe que el coeficiente de capacidad general de transferencia de masa toma un valor aceptable de KYa = 4,60 (lbmol/h.ft

3.∆YNH3). La

concentración de amoníaco debe reducirse de 0,0825 (fracción mol) hasta 0,003, por especificaciones restrictivas del proceso. La torre se enfriará de forma continua en la operación a fin de mantener una operación isotérmica a 68°F. Determine:

a. El valor de la relación (LS (operación) / LS (mínimo)) b. Concentración molar de amoníaco en el líquido enriquecido c. Número de unidades globales de transferencia basadas en la fase gas (utilice la simplificación

de la integral al caso disoluciones diluidas y compare con el método riguroso) d. La altura de las unidades globales de transferencia y la del empaque en pies e. Explique claramente si es posible operar un empaque de la longitud que usted calculó sin

posibilidad de problemas operacionales Los datos de equilibrio se muestran en la curva suministrada para el sistema a condiciones de operación. Problema 2. Se desea diseñar una torre empacada con Sillas de Montar Berl de ¼” (Cf igual a 900) para absorber SO2 de una mezcla con aire mediante agua pura a 20°C y 1atm de presión absoluta. El gas de entrada contiene 20%mol del dióxido y debe salir del sistema al 2% del mismo. El flujo de aire inerte es de 0,000653 kmol/s y el de agua a la entrada de la columna es de 0,0420 kmol/s. El sistema se debe operar al 60% de la velocidad de inundación, y los coeficientes de transferencia de masa individuales pueden calcularse mediante las correlaciones de Whitney y Vivian (1949) dadas por las expresiones:

kya = 0,0594. (G’)0,7. (L’)0,25 y kxa = 0,152. (L’)0,82 En tales expresiones, los flujos deben estar expresados en unidades másicas de velocidad por unidad de segundo, para que las dimensiones de los coeficientes sean (Kmol) / (m

3. s. fracción mol).

Considerando los datos de equilibrio del sistema a condiciones, que se suministran en forma gráfica, y la información adicional, que se muestra a continuación, determine:

f. Curva de operación del sistema (analítica y gráficamente) g. Velocidad másica de gas promedio de operación del sistema y diámetro del empaque de la

columna en metros h. Número de unidades individuales de transferencia de masa basada en la fase gas (no utilice la

simplificación y aplique Simpson) i. Altura individual de cada unidad de transferencia y altura de la columna en metros j. Diga bajo que suposiciones importantes efectuó los cálculos de diseño, referidas a los procesos

de transferencia en la columna Datos adicionales: Masas molares: SO2: 64,1; H2O: 18; Aire: 29. Densidad y viscosidad del agua, respectivamente: 997Kg/m

3 y 0,002 Kg/m.s

CURVA DE EQUILIBRIO EN COORDENADAS LIBRES DE SOLUTO, PARA ELSISTEMA AMONIACO AIRE AGUA A 68°F Y 1 ATM. Y vs X.

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08

CURVA DE QUILIBRIO EN COORDENADAS LIBRES DE SOLUTO, Y vs X, PARA EL SISTEMA DIÓXIDO DE AZUFRE AIRE AGUA A 20°C 1 ATM.

0,00000

0,05000

0,10000

0,15000

0,20000

0,25000

0,30000

0,00000 0,00100 0,00200 0,00300 0,00400 0,00500 0,00600 0,00700 0,00800