+
Absorción desde
cero
Video # 16 Problemas
Alicia Pineda Hernández
2
Se requiere diseñar una columna (opera a 1 atm y 30ºC) para recuperar el
91% del oxido de etileno contenido en un gas cuya composición es 10%
volumen 𝐶𝑂2 , 48% 𝑁2 y el resto oxido de etileno. La mezcla gaseosa sin
oxido de etileno se alimenta a razón de 223 kg/min. Para llevar a cabo la
separación se alimenta agua sin oxido de etileno con un exceso de 44%
respecto al mínimo necesario. Se recomienda que la velocidad del liquido no
exceda los 0.68m/min y que la masa velocidad de la mezcla gaseosa sea
menor o igual a 1200 kg/ min· 𝑚2 . La ecuación de la línea de equilibrio en
unidades de fracción mol es de 𝑦𝐴∗ = 0.6 · 𝑥𝐴 , la densidad del liquido a
cualquier concentración tiene un valor de 910 𝑘𝑔/𝑚3 . El peso molecular del
oxido de etileno es de 44, el del agua 18, el nitrógeno es 28 y el dióxido de
carbono es de 44.
2
𝑥𝐴2 = 0
𝐿𝑠 = 1.44 𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛
Absorción
A= 𝐶2 𝐻4 𝑂
Ls= 𝐻2 𝑂
Gs= 𝐶𝑂2 + 𝑁2
𝑃𝑀𝐴 = 44
𝑃𝑀𝐿𝑆 = 18
𝑃𝑀𝐺𝑆 =?
𝑃𝑀𝑁2 = 28
𝑃𝑀𝐶𝑂2 = 44
𝑦𝐴∗
= 0.6 ·
𝑥𝐴∗
𝑘𝑔
𝜌𝐿 = 910 3
𝑚
𝑚
𝑣𝐿 ≤ 0.68
𝑚𝑖𝑛
2
P=1.5 atm
T=60°C
1
𝑇𝐴 = 0.91𝐺𝐴1
ഥ
𝐺
𝑘𝑔
≤ 1200
𝑆
𝑚𝑖𝑛 · 𝑚2
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐴
𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐺𝑎𝑠
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐶𝑂2
𝑦𝐶𝑂2 = 0.1
𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐺𝑎𝑠
𝑘𝑚𝑜𝑙𝑁2
𝑦𝑁2 = 0.48
𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐺𝑎𝑠
𝑦𝐴1 = 0.42
𝐺𝑠 = 223
𝑘𝑔
a) Diametro de la columna.
2
Para el balance tenemos las concentraciones de entrada así que es necesario
calcular las concentraciones de salida.
𝑇𝐴 = 0.91𝐺𝐴1
𝐺𝐴2 = (1 − 0.91)𝐺𝐴1
𝐺𝐴2 = 0.09𝐺𝐴1
𝑦𝐴1
0.42
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐴
𝑌𝐴1 =
=
= 𝟎. 𝟕𝟐𝟒𝟏
1 − 𝑦𝐴1 1 − 0.42
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐺𝑠
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐴
𝑌𝐴2 = 0.09𝑌𝐴1 = 0.09 0.7241 = 𝟎. 𝟎𝟔𝟓𝟏𝟕
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐺𝑠
𝐺𝑠𝑌𝐴2 = 0.09𝐺𝑠𝑌𝐴1
𝐿𝑠 𝑋𝐴1 − 𝑋𝐴2 = 𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥 − 𝑋𝐴2
𝑌𝐴2 = 0.09𝑌𝐴1
1.44𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 𝑋𝐴1 − 𝑋𝐴2 = 𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 𝑋𝐴1 − 𝑋𝐴2
𝑋𝐴1
𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥 − 𝑋𝐴2
=
+ 𝑋𝐴2
1.44
𝑋𝐴1
Op. Min.
𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥 − 𝑋𝐴2
=
+ 𝑋𝐴2
1.44
𝑌𝐴1
2
Para obtener 𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥 es necesario graficar:
YA
0
0.2
0.4
0.6
0.8
yA
0.0000
0.1667
0.2857
0.3750
0.4444
𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥
+
xA
0.0000
0.2778
0.4762
0.6250
0.7407
XA
0.0000
0.3846
0.9091
1.6667
2.8571
𝑌𝐴2
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐴
= 1.78
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐺𝑠
𝑋𝐴1
1.78 − 0
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐴
=
+ 0 = 1.2361
1.44
𝑘𝑚𝑜𝑙𝐿𝑠
𝑋𝐴1
𝑋𝐴1𝑚𝑎𝑥
Teniendo todas las concentraciones, se calcula la sección transversal
del gas
𝐺1
𝑆𝐺 =
𝐺ҧ
𝑆
𝐺1ҧ = 𝐺𝑠 (1 + 𝑌𝐴1 )
𝑌𝐴1 = 𝑌𝐴1
𝑃𝑀𝐺𝑠 = 𝑦𝐶𝑂2 𝑃𝑀𝐶𝑂2 + 𝑦𝑁2 𝑃𝑀𝑁2
𝑃𝑀𝐺𝑠 =
𝑃𝑀𝐴
𝑃𝑀𝐺𝑠
𝐺1ҧ = 223
𝑘𝑔 60 𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
1ℎ
2
𝑌𝐴1
0.1
0.48
𝑘𝑔
44 +
28 = 30.7586
0.58
0.58
𝑘𝑚𝑜𝑙
44
𝑘𝑔𝐴
= 0.7241
= 1.0358
30.7586
𝑘𝑔𝐺𝑠
𝑘𝑔𝐴
𝑘𝑔
1 + 1.0358
= 27239.2716
𝑘𝑔𝐺𝑠
ℎ
+
𝑆𝐺 =
𝐺1
𝐺ҧ
𝑆
𝑘𝑔
ℎ
=
= 𝟎. 𝟑𝟕𝟖𝟑𝑚2
𝑘𝑔
60𝑚𝑖𝑛
1200
(
)
1ℎ
𝑚𝑖𝑛 · 𝑚2
27239.2716
Utilizando la velocidad lineal para el calculo de sección transversal de
liquido:
𝑚
𝑣𝐿 ≤ 0.68
𝑚𝑖𝑛
Igualando con un gasto volumétrico:
𝐿𝑣 = 𝑆 · 𝑣𝐿
Para obtener 𝐿𝑣1 :
𝐿𝑣1
𝑆𝐿 =
𝑣𝐿
𝐿ഥ𝑠 (𝑋𝐴1 + 𝑋𝐴2 ) = 𝐺𝑠 (𝑌𝐴1 + 𝑌𝐴2 )
𝐿ഥ𝑠 =
𝐺𝑠 (𝑌𝐴1 + 𝑌𝐴2 )
𝑋𝐴1 + 𝑋𝐴2
44
𝑘𝑔𝐴
𝑌𝐴2 = 0.06517
= 0.09323
30.7586
𝑘𝑔𝐺𝑠
44
𝑘𝑔𝐴
𝑋𝐴1 = 1.2361
= 3.02158
18
𝑘𝑔𝐿𝑠
𝐿ഥ𝑠 =
223
𝑘𝑔
(1.03582 + 0.09323)
𝑚𝑖𝑛
3.02158 + 0
𝐿ഥ𝑠 = 69.5654
𝑘𝑔
𝑚𝑖𝑛
𝐿1 = 𝐿ഥ𝑠 (1 + 𝑋𝐴1 )
𝐿1 = 69.5654
𝐿𝑣1 =
𝑘𝑔
𝑘𝑔
1 + 3.02158 = 279.7628
𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
𝑘𝑔
3
𝑚𝑖𝑛 = 0.3074 𝑚
𝑘𝑔
𝑚𝑖𝑛
910 3
𝑚
279.7628
2
Despejando la sección transversal de liquido:
𝑚3
𝐿𝑣1 0.3074 𝑚𝑖𝑛
𝑆𝐿 =
=
= 0.4521 𝑚2
𝑚
𝑣𝐿
0.68
𝑚𝑖𝑛
Se selecciona la sección transversal que sea mayor:
𝑆𝐺 = 0.3783𝑚2
𝑆𝐿 = 0.4521 𝑚2
Calculo del diámetro:
2
𝐷=
4𝑆
=
𝜋
2
4 · 0.4521 𝑚2
= 0.7587 𝑚
𝜋
Preguntas
●
2
Del ejercicio, en la ecuación 𝐿𝑠 = 1.44 𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛, explica a que se refiere
el valor 1.44
●
¿Con que se relaciona la velocidad lineal?
●
¿Como se elige la sección transversal con la que se va a trabajar?
●
𝑣𝐿 ≤ 0.455
●
¿Que concentración podemos calcular con el %𝑇𝐴 y con el exceso?
𝑚
𝑚𝑖𝑛
, este valor limite, ¿de que parte de la columna es?
2
Gracias
+