33
METODO DE MC CABE – THIELE Y PONCHON SAVARIT Para la aplicación de los métodos de MC Cabe – Thiele y Ponchon Savarit se considera un sistema; en el cual se alimenta 40 % en moles de n-hexano y 60 % de n-octano a una columna de destilación, manteniendo una relación de reflujo de 1,2. Se desea separar un 95 % de hexano y en la corriente de fondo se desea obtener el 10 % de hexano. Se supone que se utiliza un condensador total y que la columna es para operar a 1 atm. Se tienen los siguientes datos de equilibrio vapor – líquido x (liquid o) 0, 0 0,1 0,3 0,5 0,5 5 0,7 1, 0 y (vapor) 0, 0 0,3 6 0,7 0 0,8 5 0,9 0 0,9 5 1, 0 Tabla 1. Tomado de Diagrama de entalpia – composición cátedra de integración III universidad Tecnológica Departamental Datos de entalpia - composición Fracción mol de hexano Entalpia Kcal/Kmol Liquido sat. Vapor sat. 0.0 7000 15,700 0.1 6300 15,400 0.3 5000 14,700 0.5 4100 13,900 0.7 3400 12,900 0.9 3100 11,600 1.0 3000 10,000 Tabla 2. Tomado de Diagrama de entalpia – composición cátedra de integración III universidad Tecnológica Departamental

Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

METODO DE MC CABE – THIELE Y PONCHON SAVARIT

Para la aplicación de los métodos de MC Cabe – Thiele y Ponchon Savarit se considera un sistema; en el cual se alimenta 40 % en moles de n-hexano y 60 % de n-octano a una columna de destilación, manteniendo una relación de reflujo de 1,2. Se desea separar un 95 % de hexano y en la corriente de fondo se desea obtener el 10 % de hexano. Se supone que se utiliza un condensador total y que la columna es para operar a 1 atm.

Se tienen los siguientes datos de equilibrio vapor – líquido

x (liquido) 0,0 0,1 0,3 0,5 0,55

0,7 1,0

y (vapor) 0,0 0,36

0,70 0,85 0,90

0,95 1,0

Tabla 1. Tomado de Diagrama de entalpia – composición cátedra de integración III universidad Tecnológica Departamental

Datos de entalpia - composiciónFracción mol de hexano Entalpia Kcal/Kmol

Liquido sat.

Vapor sat.

0.0 7000 15,7000.1 6300 15,4000.3 5000 14,7000.5 4100 13,9000.7 3400 12,9000.9 3100 11,6001.0 3000 10,000

Tabla 2. Tomado de Diagrama de entalpia – composición cátedra de integración III universidad Tecnológica Departamental

MÉTODO DE MC CABE THIELE

Realizando un balance global de materia en toda la columna

F=D+W

Realizando un balance global para el componente más volátil

zF F=XDD+XWW

Tomando como base de cálculo

F

W

LD

V

Page 2: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

F=100Kgmol/h

100=D+W (A)(0,4 ) (100 )=0,95D+0,1W

40=0,95D+0,1W (B)

Resolviendo de forma simultanea las ecuaciones (A) y (B) se tiene

D=35,3Kgmol /h

W=64,7Kgmol/h

Realizando un balance en el condensador de cabeza

L=V−D

L=V−35,3(C)

La relación de reflujo es L/D=1,2

Luego se tiene que

LV

= 1

1+1

L/DPor tanto

LV

= 1

1+11,2

LV

= 611

(D)

Resolviendo simultáneamente (C) y (D)

Se tiene que

L=42,36kgmol /h

Realizando un balance en la zona de alimentación

F+L+V '=V +L'

LD

V

F

L’ V’

VL

Page 3: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Dado que el método de Mc Cabe Thiele, considera flujos molares constantes constante, entonces

L'=L+F

Luego

L ’=42,36+100

L ’=142,36Kgmol /h

Se debe tener en cuenta que el flujo molar del líquido después de la zona de alimentación es igual al flujo molar del líquido por encima de la zona de alimentación (recirculado a la temperatura de ebullición) más el flujo molar del líquido alimentado en las mismas condiciones de temperatura del líquido que circula por la columna.

En el fondo de la columna

V '=L'−W

V '=142,36−64,7

V '=77,66Kgmol /h

En efecto

L'

V '=142,3677,66

L'

V '=1,83

Para trazar la recta de la zona de enriquecimiento se debe realizar un balance de materia a la parte superior de la columna

V· y1=L· x+D· xD

Despejando y1 se tiene

y1=(L/V ) · x+(D /V )· xD

Sea R=L/D

Entonces en forma general

W

V’L’

Page 4: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

y=( RR+1 ) · x+( 1

R+1 )· xD (F )

Para la recta de la zona de agotamiento se tiene que

L ' · x=V ' · y+W· xw

Despejando y

y=( L'

V ' )· x−(WV ' )· xw(G)

Luego se procede a graficar por medio de los siguientes pasos:

Primer paso

Ubicando los puntos

y1=xD=0,95zF=0,4xw=0,1

e interceptamos con la ley de Raoult

Segundo paso

Se obtiene otro punto para la recta de enriquecimiento a través de la ecuación (F)

Para x = 0,4

y=( 1,21,2+1 )· (0,4 )+( 11,2+1 ) · (0,95 )

y=0,65

Tercer paso

Se obtiene otro punto para la recta de empobrecimiento a través de la ecuación (G)

Para x = 0,5

y=( 142,3677,66 ) · (0,5 )−( 64,777,66 ) ·0,1

Page 5: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

y=0,83

Luego trazando las rectas respectivas, se obtiene la gráfica 1

Se observa que se necesitan 5 platos teóricos para llevar a cabo el proceso de separación y que la alimentación debe realizarse en el plato número 3 cuya composición en la fase vapor es de 0,67 y en la fracción liquida 0,4 como ya se había especificado.

Gráfica 1. Platos teóricos obtenidos por el método de Mc Cabe - Thiele.

MÉTODO PONCHON-SAVARIT

Para la zona de enriquecimiento con un condensador total

Realizando un balance global de materia

V n+1=Ln+D(1)

Para el componente más volátil

yn+1V n+1=Xn Ln+ yDD(2)

Page 6: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Realizando un balance global de entalpía

V n+1H n+1=Lnhn+DH D+QD(3)Si se desprecia las pérdidas de energías, se tiene que

V n+1H n+1−Lnhn=DQ' (4)Donde

Q'=(D HD+QD )

D(5)

Despejando D de la ecuación (1) y reemplazando en la ecuación (2) y (4) se tiene

yn+1V n+1=Xn Ln+ yDV n+1− yDLn

Luego

( yD− yn+1 )V n+1=( yD−Xn ) Ln

En efecto

Ln

V n+1

=( yD− yn+1)( yD−Xn )

V n+1H n+1−Lnhn=V n+1Q'−LnQ

'

Luego

(Q '−H n+1 )V n+1=(Q'−hn )Ln

En efecto

Ln

V n+1=

(Q'−H n+1)(Q '−hn )

Por tanto se tiene para la relación de reflujo interno

Ln

V n+1=

( yD− yn+1)( yD−Xn )

=(Q '−H n+1 )

(Q'−hn )(6)

Esta ecuación representa la línea recta del diagrama de entalpía vs composición y

pasa por los puntos (X n , hn) , ( yn+1, H n+1 ) y ( yD ,Q' ); a este último se le conoce como

punto de diferencia y es simbolizado por ∆D. la ecuación (6) se utiliza en el diagrama x vs y, para graficar la recta de operación en la zona de enriquecimiento

Evaluando la ecuación (6) y la ecuación (1) en n = 0:

L0V 1

=( yD− y1)( yD−x0 )

=(Q '−H 1)(Q'−h0 )

(7)

La ecuación (1) toma la forma

Page 7: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

V 1=L0+D(8)Reemplazando la ecuación (8) en la ecuación (7) se tiene

L0L0+D

=(Q'−H 1 )(Q'−h0 )

Luego

L0Q'−L0h0=L0Q

'−L0H 1+DQ'−DH 1

Agrupando términos semejantes y factorizando

L0 (H 1−h0 )=D (Q'−H1 )

Por tanto

L0D

=(Q '−H 1)(H 1−h0 )

(9)

Resolviendo para Q' se tiene

Q'=H 1+L0D

(H 1−h0 )(10)

Elaboración de la grafica

Primer paso: Se grafican los puntos de las tablas 1 y 2

Segundo paso: se ubica los puntos xD=0,95, zF=0,4 y xw=0,1, tal como se indicó

en el método de Mc Cabe – Thiele.

Tercer paso: se leen los valores de H 1 yh0 en el diagrama entalpia vs composición,

donde se observa que

H 1=10800Kcal /Kmol y h0=hD=3000Kcal /Kmol

Entonces

Q'=10800+(1.2)(10800−3000)

Q'=20160Kcal /Kmol

Page 8: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Aproximando a Q'=20100 se ubica el punto (0.95, 20100) en el diagrama entalpia-

composición

Cuarto paso: suponiendo que la mezcla se alimenta como liquido saturado se traza

una recta que pasa por los puntos (xD ,Q ' ), ( zF , hF ) y que intercepta la recta y=xw

Gráfica 2. Determinación de H1, hD y Q'

Trazando las rectas correspondientes al método de Ponchon – Savarit se tiene la siguiente gráfica.

Page 9: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Gráfica 3. Platos teóricos obtenidos por el método de Ponchon - Savarit

Análisis

Según el método de Mc Cabe – Thiele se obtuvieron cinco etapas para la separación de la cantidad deseada de soluto y que la alimentación optima se da en el tercer plato; se puede observar que en la zona de enriquecimiento se necesitan menos etapas, lo que implica que en esta zona se presenta una mayor transferencia del soluto al solvente. La pequeña cantidad de etapas utilizadas es justificable por el hecho de que el punto de ebullición del n-hexano (68.85ºC) es mucho mas bajo que el del n – octano (125 ºC); además cabe recordar que entre mas este la curva de equilibrio

Page 10: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

de la ley de Raoult, mas lejos se encuentre de la idealidad, por lo que las interacciones moleculares son menores disminuyen el numero de etapas y mejorando el proceso de separación. Por el método de Ponchon – Savarit, se obtuvieron las mismas etapas y el mismo plato de alimentación, lo que implica que los resultados obtenidos son confiables; sin embargo el método de panchón brinda resultados más confiables para la composición de los flujos.

Puesto que la mezcla es alimentada como líquido saturado, se suele trabajar con condensadores totales sin subenfriamiento y con rehervidores parciales, por lo que se necesitarían 4 platos ideales más la etapa correspondiente a la del rehervidor parcial.

Al unir el punto de alimentación con el punto intercepto de las líneas de operación (enriquecimiento y empobrecimiento) se obtiene una recta de pendiente 1, lo que implica que la condición térmica de alimentación es 1 confirmando que la mezcla gaseosa es alimentada como liquido saturado.

Las limitaciones que presenta el método de Mc- Thiele con respecto al de Ponchon Savarit, es que no puede ser aplicado a sistemas con más de 25 platos o cuando las líneas de operaciones presentan fuertes curvaturas.

Page 11: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

DISEÑO DE UNA TORRE DE ABSORCION EMPACADA

SISTEMA

En esta oportunidad se diseñó una torre de absorción empacada, para la absorción en agua del 98% del SO2 contenido en una mezcla de SO2 - Aire con una composición del 21% de SO2.

Condiciones de operación:

1 atm y 20ºC

La mezcla gaseosa se introduce por el fondo de la torre a 200 m3/h en contracorriente con el agua.

SELECCION DEL DISOLVENTE

En el proceso de absorción el líquido absorbente debe presentar altas solubilidades del soluto para reducir la cantidad de disolvente a utilizar y dado a que el dióxido de azufre es un compuesto polar al igual que el agua; este posee una solubilidad considerable en la misma, formando una solución acida de mucha aplicación a nivel industrial, por lo que el agua es una buena elección. Además a las condiciones presentadas (1 atm y 20ºC) el agua posee una baja presión de vapor evitando perdidas significativas de disolvente en la corriente gaseosa. Otro aspecto que se tuvo en cuenta es que el agua es poco viscosa lo que favorece la rapidez de absorción y disminuye las perdidas de presión. Finalmente el agua es una sustancia fácil de conseguir y mas barata en comparación a otros tipos de disolventes.

SELECCION DEL EMPAQUE

La elección del material dependerá de la naturaleza del fluido y la temperatura de operación: el empaquetado cerámico presenta una buena resistencia para medios ácidos y es útil para líquidos corrosivos, tales como ácidos inorgánicos, ácidos orgánicos y solventes orgánicos excepto el HF y disoluciones alcalinas fuertes, de acuerdo al sistema tratado se seleccionó los Anillos Rasching de 1” que puede ser usado en temperaturas bajas y altas.

Page 12: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

SELECCIÓN DE DATOS DE EQUILIBRIO O DE SOLUBILIDAD

Los datos de solubilidad permiten determinar la cantidad de líquido necesaria para la recuperación del soluto, para el sistema tratado los datos fueron tomados de un problema propuesto por la literatura citada.

p¿ mmH g C=Kgde SO2/100Kg H 2O

698 10517 7.5336 5.0162 2.592 1.559 1.039 0.7

26.4 0.514.1 0.38.5 0.25.8 0.153.2 0.101.2 0.050.5 0.02

Tabla 3. Ocon - Tojo, Problemas de Ingeniería Química, Tomo II, Aguilar

CALCULO DE LAS CONCENTRACIONES Y RELACIONES MOLARES

Dado las condiciones de equilibrio Se procede a calcular las concentraciones molares y las relaciones molares para el líquido por medio de la ecuación

x=

CM SO 2

CM SO2

+fraccionmasade H 2O

MH 2O

Por tanto

x=

1064

1064

+10018

x=0.027

La composición para la fase gaseosa esta dada por

Page 13: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

y= p¿

P

Donde p¿ es la presión parcial y P la presión total

y=698760

=0,918

Ahora las relaciones molares están dada por

X= x1−x

Y= y1− y

En efecto

X= 0.0271−0.027

=0.028

Y= 0,9181−0,918

=11,19

Los datos restantes se calculan de igual forma y se resumen en la siguiente tabla

x y X Y0,027355

620,918421

050,028125 11,25806

450,020658 0,680263

160,021093

752,127572

020,013867

490,442105

260,014062

50,792452

830,006982

160,213157

890,007031

250,270903

010,004201

030,121052

630,004218

750,137724

550,002804

610,077631

580,002812

50,084165

480,001964

880,051315

790,001968

750,054091

540,001404

280,034736

840,001406

250,035986

910,000843

040,018552

630,000843

750,018903

340,000562

180,011184

210,000562

50,011310

710,000421

70,007631

580,000421

880,007690

27

Page 14: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

0,00028117

0,00421053

0,00028125

0,00422833

0,00014061

0,00157895

0,00014063

0,00158144

5,6247E-05

0,00065789

0,00005625

0,00065833

La composición del gas a la entrada será

y=0,21

Y ent=0,211−0,21

⇛Y ent=0,266

Dado que se quiere recuperar el 98 % del SO2, la composición de la mezcla gaseosa a la salida está dada por

Y sal=Y ent(1−0.98)

Y sal=0,266 (1−0.98)=5,32×10−3

La composición del líquido a la entrada es cero ya que el solvente entra puro por tanto

X ent=0

Luego la concentración del líquido a la salida de la columna se obtiene a partir de la curva de equilibrio, leyendo el valor de la abscisa que corresponde a la ordenada Yent

Page 15: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Gráfica 4. Curva de equilibrio para el SO2 a 1atm

Entonces

X sal=0,013

Por tanto la composición en la parte superior de la torre esta dada por la coordenada.

P (0,013;0,266)

Luego el valor de ( L,

G, )min

viene dado por

( L,

G, )min

=Y ent−Y sal

X ent−X sal

En efecto

( L,

G, )min

=0,266−5,32×10−3

0,013−0

( L,

G, )min

=20,05

La cual es la pendiente de la recta que pasa por los puntos (Xent,Ysal) y (Xsal,Yent). Esta recta corresponde a la línea de operación.

Page 16: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Para obtener la línea de operación real se debe multiplicar por un factor de ajuste que varía entre 1,2 y 1,5

( L,

G, )Real

=( L,

G ,)min

×factor de ajuste

Calculando un valor promedio f =1.3

( L,

G, )Real

=20,05×1,3

( L,

G, )Real

=26,065

La cual corresponde a la pendiente de línea de operación real que pasa por el punto (Xent,Ysal); para graficar esta recta se procede a calcular otro punto de la recta por medio de la ecuación punto pendiente.

Y 2=Y sal+26,065 (X2−Xent)

Entonces para X2=0.05

Y 2=0,136

Luego

Page 17: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

CALCULO DE LOS FLUJOS MOLARES

El número total de moles que entra en el sistema esta dado por

G=(1atm)(200m3/h)

0,082atmm3

Kmol K×293K

G=8,324Kmol /h

Ahora se calcula el G´ por medio de la expresión

G´=G (1− y )G´=8,324 (1−0,21)

G´=6,576Kmol de aire /h

Luego calculamos L´min

( L´

G´ )min

=20,05

L´min=20,05×6,576

L´min=131,85Kmol de agua

Page 18: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

La cantidad total del líquido que entra al sistema es:

L= L´

1−X

L=L´=131,85 Kmolh

DIÁMETRO DE LA COLUMNA

El diámetro de la columna viene dado por la siguiente ecuación

D=√ 4 SπDonde S es el área de sección transversal

El peso molecular medio del gas de entrada será:

PMG=PM SO2xSO2

+PM aire xaire

PMG=(64 ) (0,21 )+ (29 ) (0,79 )

PMG=36,35Kg

KmolLa densidad de la mezcla gaseosa a la entrada es

ρG=(PM ) (P )

RT

ρG=36,35

KgKmol

(1atm )

0,082atmm3

KmolK×293K

ρG=1,513Kg

m3

La densidad del líquido (agua) es ρL=998,2Kg

m3

Ahora se calcula la velocidad de inundación por medio de la gráfica de Lobo, en donde la abscisa está dada por

Page 19: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

LG

PM L

PMG √ ρGρL

Y la ordenada

G2( ap

ϵ 3 ) μL0,2

g ρG ρL

Donde

L=¿ Velocidad másica del líquido, Kg

m2h

G=¿ Velocidad másica del gas, Kg

m2h

ρG , ρL=¿ Densidades del gas y del líquido Kg

m3

μL=¿ Viscosidad de líquido en centipois

g=¿ Aceleración de la gravedad 1,27×108 m

h2

ap

ϵ3=¿ Superficie especifica del relleno,

m2

m3, cuyos valores son conocidos para

distintos tipos de rellenos

En efecto

LG

PM L

PMG √ ρGρL

=( 131,858,324 )( 1836,35 )√ 1,513998,2

=0,30

Page 20: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Leyendo en la gráfica el valor de la ordenada se tiene que

G2( ap

ϵ 3 ) μL0,2

g ρG ρL=0,05

Dado que los empaques son anillos Rasching cerámicos de 1”

ap

ϵ3=532

La viscosidad del agua en centipoins es 1, despejando G se tiene

G=√ 0,05 g ρG ρL

( a p

ϵ 3 )μL0,2

G=√ (0,05 ) (1.27 x108 ) (1,513 ) (998.2 )(1030 ) (1,0050.2 )

=3051,38 Kgm2h

La masa del gas a la entrada está dada por

m=flujo volumetricode alimentaciondel gas× ρG

Page 21: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

m=200 m3

h×1,513

Kgm3

m=302,6 Kgh

Dado

S=m

Entonces

S=302,6

Kgh

3051,38⇛ S=0,099m2

Por lo tanto e diámetro de a columna es

D=√ 4 (0.099m2)π

=0.355m⇛D≈0,4m

CAÍDA DE PRESIÓN

La caída de presión se puede calcular por la siguiente correlación

∆ P=α (10β L )(G 2

ρG)

Donde α y β son constantes para cada tipo de relleno

α=0,97β=0,25

Donde L` y G` son flujos en lb/s-pie2

Entonces haciendo las respectivas conversiones

G=3051,38 Kgm2h

∙1lb

0,45Kg∙

(0,3048m )2

1 pie2∙1h3600 s

=0,175 lbpie2 s

Page 22: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

L=LPM L

S=

(131,85 Kmolh )(18 KgKmol )

0,099m2=23972,72 Kg

m2h

L=23972,72 Kgm2h

∙1 lb

0,45Kg∙

(0,3048m )2

1 pie2∙1h3600 s

=1,374 lbpie2 s

ρG=1,513Kgm3 ∙

1 lb0,45Kg

∙(0,3048m )3

1 pie3=0,095 lb

pie3

En efecto

∆ P=0,97 ((10 )(0,25) (1,374 ) )( (0,175 )2

0,095 )∆ P=0,68 pulgadas de agua por pie deempaque

ALTURA DE LA TORRE

La atura del empaque viene dado por la siguiente ecuación

z=N oG . H oG

Donde H oGes la altura de una unidad de transferencia y NoG es el número total de unidades de trasferencia

Para calcular el NoG se emplea la siguiente ecuación

NoG=

ln( Y i−mX i

Y 0−mX i)(1− 1A )+ 1A

1− 1A

Donde A es el factor de absorción A = L/HG

Para calcular el H oG se emplea la siguiente ecuación

HOG=HG+ λH L

Page 23: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Donde λ= H

( L'G' )Para el cálculo de H L Sherwood y Halliday dan la siguiente ecuación empírica

H L=ϕ ( LμL )η

SC0,5

Siendoϕ, η constantes para cada tipo de rellenoSC Módulo de Schmidt para líquidos

Para e cálculo de HG Fellinger propone la siguiente ecuación empírica

HG=αGβ

Lγ SC0,5

Dondeα ,β , γ Son constantes para cada tipo de rellenoSC Módulo de Schmidt para gases

Para el cálculo del número de Schmidt se tiene la siguiente ecuación

Sc= νDBi

La difusividad del SO2 en el aire está dada por la correlación de Fuller-Schettler-Giddings (FSG) la cual es válida para soluciones diluidas, mezclas polares o polar-no polar y a bajas presiones y dado que el sistema que se está analizando es a bajas presiones (1 atm), entonces podemos aplicar esta correlación expresada matemáticamente como

DAB=(1 x10−7 )T 1.75√ 1

M A

+ 1MB

P ((∑ ν i )A1/3

+(∑ νi )B1/3)2

Donde DAB está en m2/s, T en K, P en atm. Para cada componente, el término

∑ ν i se encuentra sumando los volúmenes atómicos de difusión de la siguiente

tabla

Incrementos difusionales a los volúmenes atómicos estructurales ν i

O 5.48 (S) 17.0* Los paréntesis indican que los valores están basados en pocos puntos experimentales1.

Componente Formula molecular Mi ∑ ν i

1 Perry’s, Chemical Engineers Handbook, 7ª Ed. Mc Graw Hill, pág. 5.50, 1999

Page 24: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Dióxido de azufre

SO2 64 17 + 2x5.48 = 27.96

Aire - 29 20,1 Dado T = 293,15 K y P=1atm

DAB 1.4041e-005

La difusividad del SO2 en el agua está dada por medio de la ecuación de Wilke-Chang, la cual es válida para soluciones diluidas o cuando la viscosidad del solvente es baja.

Matemáticamente se expresa

DAB0 =

(117.3 x 10−18 ) (φMB )0.5TμυA

0.6

DAB0 =difuisividad de Aen el solvente B ,m2/s

MB=pesomolecular del solvente Kg /molT enkelvin (K )μ=viscosidad de lasolución enKg /m.s

υA=volumenmolar del soluto enel punto deebulliciónnormal ,m3 /Kmolφ=factor dedisociacion para eldisolvente(Para el agua 2.26)

En ausencia de los datos verdaderos de υA, se pueden calcular a través de la siguiente tabla.

Volumen atómico (x 103 m3/Kmol)

O 7.4 S 25.6G. Le Bas. The Molecular Volumes of Liquid Chemical Compounds, Long Mans, Green & Co., Londres, 1915.

Componente ν i

SO2 (B)0.0074+(0.0256)(2)

=0.0586Agua (S) ------------

Para disoluciones diluidas como agua como disolvente puede asumirse como viscosidad de la solución la viscosidad del agua (0.891 x 10-3 Kg/m.s) cuyo peso molecular es de 18.02 kg/Kmol

Page 25: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

DºBS1.6889e-

009

Teniendo en cuenta los siguientes datos

Componente

νm2/s

Agua 0.001 x 998.2SO2 27.11e-5

ScBl 592ScBG 0.04

Por otro lado dado se tienen las constantes ϕ, η , α ,β , γ para el relleno de anillos rasching cerámicos de 1``

ϕ=23,5×10−4

η=0,22γ=0,58α=2,88β=0,39

Reemplazando los datos en las ecuaciones se tiene

H L=23,5×10−2( 131,85998,2 )

0,22

(592 )0,5

H L=3,66

HG=(0,97 ) (3051,38 )0,25

(23972,72 )0,58(0,04 )0,5

HG=4,15×10−3

LuegoHOG=HG+ λH L

H es la pendiente de la línea de equilibrio en base a fracción molar, y se calcula

H=ysal

¿ − yent¿

xsal−xentH=27

Page 26: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

λ= H

( L'G' )= 2720,05

=1,35

H oG=4,15×10−3+1,35 (3,66 )

H oG=4,95

NoG=

ln( Y i−mX i

Y 0−mX i)(1− 1A )+ 1A

1− 1A

A=L/GH

A= 131,8517 (8,324)

=0,59

NoG=ln( 0,266−05,32×10−3−0 )(1− 1

0,59 )+ 10,59

1− 10,59

NoG=1,473

En conclusión la altura de relleno es

z=N oG . H oG

z=1,473×4,95

z=7,3m

ANALISIS

El proceso de absorción puede explicarse de forma razonable desde el punto de vista de la teoría de la doble película de Whitman, la cual establece que la materia se transfiere por corrientes de convección desde el seno del fluido sin presentarse ningún tipo de gradientes de concentración hasta la proximidades de la interfase, en donde se supone que desaparecen las corrientes de convección y comienza a ser significativas las diferencias de concentración produciendo la trasferencia de netamente por difusión molecular . Sin embargo cabe aclarar que la transferencia de materia en la interfase no depende de la diferencias de concentración sino de las relaciones de equilibrio.

Page 27: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Se pudo observar que el tipo y forma del empaque juega un papel importante en el diseño de una torre de absorción, puesto que de este depende la velocidad de inundación requerida y la caída de presión presentada en la torre, los cuales son parámetros de diseño que permiten determinar el diámetro y la altura de la torre.

Un resultado interesante, es el tamaño del empaque empleado (1 pulgada); el cual según la literatura se encuentra dentro del rango recomendado para columnas con diámetros entre 0.3 a 0.9 m. El uso de un tamaño grande de empaque en torres pequeñas puede causar una pobre distribución del líquido a través de la columna. (Luz Palacios, 2005) A través del diseño se pudo determinar un diámetro pequeño de la columna, menor a 0.6 m, lo cual es ideal trabajar con empaques, puesto que podría ser difícil y costosa la instalación de platos.

Desde el punto de vista económico los resultados obtenidos fueron aceptables, puesto que en la actualidad los diseñadores prefieren la utilización de torres de absorción de pequeños diámetros y mayores alturas

REFERENCIAS

William M. Vatavuk, Controles Para SO2 y Para Gas Acido, Grupo de Estrategias Innovadoras y Economía, OAQPS, 1995

Luz Palacios, MÉTODOS Y ALGORITMOS DE DISEÑO DE INGENIERÍA QUÍMICA, primera edición, Compañía ciencia y tecnologías, 2005.

Diego Bethancourth, INTRODUCTION TO SEPARATION PROCESS, Atlantic International University, Honolulu, Hawai, 2007

Mc Cabe-Smith- Harriot, OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA, capitulo 18: Destilación, Graw Hill. E.U.A cuarta edición.

Ocon – Tojo, PROBLEMAS DE INGENIERIA QUIMICA, Aguilar.

G.M. BARROW, Química física cuarta edición, capitulo 9: Estudio termodinámico de los sistemas página 333.

Smith J.M. ,Van Ness, M.M. Habott, INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA EN INGENIERÍA QUÍMICA, apéndice C tablas C.1 y C.3, Mc Graw Hill. E.U.A sexta edición.

Page 28: Trabajo de Ponchon Savarit y Macabe Thiele

Robert. E Treybal, OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA, capitulo 9: DESTILACIÓN, Mc Graw Hill. E.U.A segunda edición.