Absorption II
Mass Transfer for 4th Year
Chemical Engineering Department
Faculty of Engineering
Cairo University
Today’s Agenda
• Adiabatic Absorption
• Stripping
• Multi-component Absorbtion
Adiabatic Absorption
Absorption is an exothermic process. If absorber
is not cooled, the temperature of the liquid will
increase leading to changing the equilibrium
relation used.
Remember:
y=mx & For the same system m=f(T,P)
Our task now is to get an equilibrium curve that
includes the changes in temperature occurring.
Adiabatic Absorption
We will assume that the heat
liberated by absorption will be
gained ONLY by liquid.
Overall M.B.:
G’(Yin-Yout)=L’(Xout-Xin)
E.B. on loop:
Heat liberated by absorption
=heat gained by liquid
Lin
Xin
Tin
Tout1
Xout1
Tout2
Xout2
Tout3
Xout3
Tout4
Xout4
Adiabatic Absorption
E.B. on loop:
Heat liberated by absorption
=heat gained by liquid
L’(Xout(i)-Xin)×qabs=L’×CPL(Tout(i)-Tin)
X outi  Xin 
CPL
q
T
outi
 Tin

So we can get Xout(i) by knowing
Tout(i)
Lin
Xin
Tin
Tout1
Xout1
Tout2
Xout2
Tout3
Xout3
Tout4
Xout4
Problem 3:
470 lb/hr of an air-NH3 mixture containing 5% by weight
NH3 are scrubbed with water at 70oC in an adiabatic
tower in order to remove 95% of the NH3 present. The
heat of solution of NH3 in water is 300 BTU/lb, and the
isothermal equilibrium data at different temperatures
may be approximated into straight line as below:
Temperature, oC
70
75
80
85
Y/X
1/6
1/3
2/3
1
Where Y and X are mass ratios
Calculate:
• L’min.
• Required number of actual plates if stage efficiency is
35% using 1.5 L’min.
• The number of theoretical stages using the same liquid
flow rate at constant temperature of 70oC and Yout
Givens:
G= 470 lb/hr
a=0.95
q=300 BTU/lb
CpW=1 BTU/lb.R
yin=0.05
xin=0
G’=470*(1-0.05)=446.5 lb/hr
Yin=0.05/(1-0.05)=0.0526
Xin=0
Yout=0.0526*(1-0.95)=0.00263
1
0,9
0,8
0,7
0,6
Y 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
X
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
Y 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
X
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
Y 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
X
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1
0,9
0,8
0,7
0,6
Y 0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
X
0,7
0,8
0,9
1
1,1
To get the points on the curves to get the new
equilibrium curve, use the relation:
X outi  Xin 
CPL
T
outi
q
 Tin

Tin=70oC=158 oF
X outi

1
0 
Touti  158
300

Tout
Tout (oF)
Xout
70
158
0
75
167
0.03
80
176
0.06
85
185
0.09
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
Operating line:
G’=446.5 lb/hr
Yin=0.0526
Xin=0
Yout=0.00263
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
iL’min/G’ =0.735
L’min=0.735*446.5=328.1 lb/hr
iiL’op=1.5L’min=492.16 lb/hr
L’op/G’=1.1
Xout=0.0453
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
NAS=7
iiiL’/G’=1.1
Yin=0.0526
Xin=0
Yout=0.00263
0,1
0,09
0,08
0,07
0,06
Y 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
X
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
iiiNTS=1.6
STRIPPING
STRIPPING
The process opposite to absorption, the solvent is
stripped to be recovered.
The operating line equation will not change, but it
will be located BELOW the equilibrium curve.
The main objective will no longer be Yout, it will be
Xout, so Recovery (a) will be used as follows:
Xout=Xin(1-a)
Same steps will be done: getting G’min, calculating
G’op and determining the number of ideal stages.
GETTING Gmin
0,12
0,11
0,1
0,09
Y 0,08
0,07
0,06
Yout 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Yin
Xin
0
0 XOut0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
X
0,09
0,1
0,11
0,12
GETTING Gmin
0,12
0,11
0,1
0,09
Y 0,08
0,07
0,06
Yout 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Yin
Xin
0
0 XOut0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
X
0,09
0,1
0,11
0,12
GETTING Gmin
0,12
0,11
0,1
0,09
Y 0,08
0,07
0,06
Yout 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Yin
Xin
0
0 XOut0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
X
0,09
0,1
0,11
0,12
GETTING Gmin
0,12
0,11
0,1
0,09
Y 0,08
0,07
0,06
Yout 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Yin
Xin
XOut
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
X
0,09
0,1
0,11
0,12
Operating Line
0,12
0,11
0,1
0,09
Y 0,08
0,07
0,06
Yout 0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Yin
Xin
0
0 XOut0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
X
0,09
0,1
0,11
0,12
Problem 5:
As a result of an absorption process, there is a solution
which must be stripped of absorbed solute. 500 Kmole/hr
of this solution of benzene in a non-volatile oil containing
0.1 mole fraction benzene. The solution will be preheated
to 250oF and will be stripped at 1 atm absolute with
superheated steam at 250oF. The liquid effluent from the
stripper is to contain no more than 0.005 mole fraction
benzene. Assume isothermal operation and Raoult’s law
is applied. Vapour pressure of benzene at 250oF is 2400
mmHg.
Determine the minimum steam rate, the number of ideal
trays required for 1.25 times the minimum rate.
Problem 5:
xin=0.1
Xin=0.1/(1-0.1)=0.111
L= 500 Kmole/hr
L’=500*(1-0.1)=450 Kmole/hr
T=250oF
P=1 atm=760 mmHg
xout=0.005
Xout=0.005/(1-0.005)=0.00503
yin=0
Yin=0
Isothermal operation and Raoult’s law is applied.
PoB = 2400 mmHg. m=2400/760=3.16
3.16X
Y
y=3.16x
1  2.16X
G’op=1.25 G’min
3.16 X
Y
1  2.16X
X
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Y
0
0.066
0.138
0.218
0.306
0.403
0.512
0,6
0,5
0,4
Y
0,3
0,2
0,1
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
X
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
Y
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
X
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
iL’/G’min=3.96
G’min=450/3.96=113.66 Kmol/hr
iiG’op=1.25 G’min=142.08 Kmol/hr
L’/G’op=3.17
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
Y
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
X
0,08
0,09
0,1
0,11
0,12
0,13
iL’/G’min=3.96
G’min=450/3.96=113.66 Kmol/hr
iiG’op=1.25 G’min=142.08 Kmol/hr
L’/G’op=3.17
NTS=10.5
Multi-Component Absorption
- This is the general case, and the most abundant.
- The solvent will have the ability to dissolve more than one
component from the gas stream.
- Different recovery percentages will be achieved for each
component.
-Here is the only case where we can work by mole fractions
not ratios.
Design Steps
Information available:
1- L/G or n
2- Feed gas composition (purity) yinA , yinB , yinC , ..
3- Available solvent purity
xinA , xinB , xinC ,…..
4- Equilibrium of each component with solvent.
5- Key component Recovery (aA)
youtA  yinA 1  aA
Usually he wants you to calculate the recovery of other
components.
Multi-Component Absorption
There is two methods
for solution
Graphical method
Analytical Kremser method
(to use it equilibrium should be
straight line)
Graphical method
Analytical method: