06_absorcion_v3

8/16/2019 06_absorcion_v3

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ABSORCIÓN

Absorción

Conceptos básicos de Absorción. Utilización Torres en contracorriente

Modelo de etapas de equilibrio

El factor de absorción Modelo de contacto continuo

Ejemplo


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Planteamiento Queremos separar C (p. ej.: NH3), que está

mezclado con A (p. ej.: aire)Mediante un disolvente selectivo B (p. ej: agua)

Lavado de gases, para eliminación de emisionescontaminantes (tóxicas, olores, …)

Recuperación de sustancias volátiles

Torre en contracorriente

Aprovechar la diferencia de solubilidad de A y C en B Equilibrio Transporte Situación ideal:

A no se absorbe en B en absoluto ni condensa A permanece constante en

su fase B no se evapora B permanece constante en su fase C es el único que “se mueve” difusión unimolecular

Situación NO ideal Planteamiento general, con 3 componentes

Concentraciones bajas (“casi” siempre)

Platos Etapas de equilibrio Relleno Contacto continuo


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En ambos casos Si A y B constantes, tomarlos como referencia

simplifica el cálculo L Caudal de líquido interte (B)

X Proporción molar de C en B (C/B)

V Caudal de gas innerte (A)

Y Proporción molar de C en A (C/A)

¿Es necesario simplificarlo ? Comprensión intuitiva del fenómeno

Etapas de equilibrio / Nomenclatura

Plato n

Plato n+1

Plato n-1

Vn, Yn

Vn-1, Yn-1

Vn+1, Yn+1

Vn+2, Yn+2Ln+1, Xn+1

Ln, Xn

Ln-1, Xn-1

Ln-2, Xn-2

Hipótesis: En el tiempo de pasar por la etapa, se llega al equilibrio


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Caracterización de la solución Diseño preliminar Número de etapas (teóricas reales)

Situación de “otras” eventuales entradas y salidas

Operación (preliminar): caudal/composición del disolvente (B) Caudales y composiciones (y P y T) en todos los puntos de la columna

----------------------------------

Características detalladas Diseño detallado

Retención (“holdup”), tipo de aberturas, espaciamiento, distribución,… (altura de la columna)

Diámetro de la columna

Operación: caudal / composición de disolvente (revisado)

De aquí Operación: Pérdidas de carga, eficiencia… todos los caudales,composiciones, P y T (revisados)

Por etapas

Exactamente el mismo procedimiento que paratorres de destilación

Si se cumple Henry (línea de equilibrio recta) esposible calcular analíticamente el sistema (todo eslineal): Método del “factor de absorción”


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El factor de Absorción

1

*

01

*

01

101 )( y Ay Ay ym

y y

V

L y

b xm y

y x xV

L y

nn

n

nn

nn

*

0 y

El “factor de absorción”


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Aplicación Permite calcular directamente todas los “situaciones-tipo”

Hipótesis Equilibrio Recta

Flujos constantes de fases

Aplicación Destilación (Lewis)

Otras operaciones por etapas (lixiviación con retención constante)

Zonas de alta pureza

No hace nada que no pueda hacer el cálculo etapa a etapa

Rellenos

Anillos Fenske

Hélices

Sillas Intalox

Anillos Pall

Sillas BerlAnillos de vidrio

Anillos Raschig


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Caracterización de la solución Relleno

Tipo y disposición (aleatoria vs. estructurada) Características resultantes Área de contacto equivalente (a m2/m3 de volumen) Pérdida de carga (por metro de altura) Coste (por unidad de volumen)

Volumen área de contacto y tiempo de contacto

Diámetro y altura velocidad

Pérdida de carga Características de contactocoeficientes de transporte

Situación de otros eventuales puntos de entrada / salida

Planteamiento del cálculo

PG

Pi

CL

Ci

Película

del gas

Película

del líquido

Masa

global

del gas

Masa

global del

líquido

Interfase

diL

diG

Equilibrio

Continuidad: NG = NL

NG

NL

i y

i y

y y

dy

ak

V SdZ

adZ S y yk dyV

)()( Li LiGG C C k PPk

V y

V (y-dy)

SdZa y yk N i yG )( dZ

Difusión

unimolecular

ln)1( y

k k

y

y


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Caso de contacto continuo Correcciones a la formulación por el cambio de variable

Hay valores de “k” ya previstos para proporciones molares No aplicarla corrección !

Hay valores de “k” previstos para muchas otras situaciones Hay querehacer la deducción O tener una lista de fórmulas y saber cual aplicar

i y y y

dy

ak

V dZ S

dY Y Y

Y Y

ak

V dZ S

dY V Vdy

Y Y y

i

i

y

)(

)1)(1()1/(

Contacto continuo

dY Y Y

Y Y

ak

V dZ S

i

i

y

)(

)1)(1(

011 LV LV nn

X Y V’ L’ Xi Yi S∆z

Cab.

F

Cola

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Hay valores de “k” ya previstos para proporciones molares No aplicar la corrección !

Hay valores de “k” previstos para muchas otras situaciones Hay que rehacer la deducción

O tener una lista de fórmulas y saber cual aplicar


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Casos particulares (y=Kx)

ak

K

ak aK Kx y

y y

dy

aK

V dZ S

x y y

T y

11

*

...'... D LV

x y V L y* S∆zCab.

Cola

Ln, Xn

Vn+1 Yn+1

Lm Xm Vm+1 Ym+1

Superficie I

Superficie II

Ejercicio (prob 12.15 Coulson)

Excel


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Resultados (ojo: cabeza “abajo”)Y Xop Q T Ye -Ye 1/(Y-Ye) Integral G/Kga dz

kJ/kmol (K) NTU (m) (m)

0.052632 0.024467 862 304.5 0.0328 1.0000 0.0198 50.3939 0.0931 0.46911504 0.04368188

0.050780 0.023561 831 304.0 0.0308 1.0000 0.0199 50.1700 0.0928 0.46911504 0.04355291

0.048928 0.022655 800 303.6 0.0290 1.0000 0.0200 50.0970 0.0928 0.46911504 0.04355452

0.047076 0.021749 769 303.2 0.0271 1.0000 0.0199 50.1737 0.0931 0.46911504 0.04368675

(…)

0.030410 0.013593 486 299.5 0.0139 1.0000 0.0165 60.7237 0.1148 0.46911504 0.0538777

0.028558 0.012687 454 299.0 0.0128 1.0000 0.0158 63.3129 0.1200 0.46911504 0.05628172

(…)

0.010039 0.003625 131 294.7 0.0031 1.0000 0.0070 143.2654 0.2888 0.46911504 0.1354756

0.008187 0.002719 98 294.3 0.0023 1.0000 0.0059 168.6248 0.3468 0.46911504 0.16270157

0.006335 0.001812 65 293.9 0.0015 1.0000 0.0049 205.9447 0.4372 0.46911504 0.20510016

0.004483 0.000906 33 293.4 0.0007 1.0000 0.0038 266.2343 0.5984 0.46911504 0.28070445

0.002632 0.000000 0 293.0 0.0000 1.0000 0.0026 380.0000

0.002632 4.6349 2.1743Yentrada: 5/95 = 0.05263Ysalida: 0.25/95=0.00263 (especificada)

G=1.25*1000/22.4*95/100 = 53.01 mol aire/m2/sL=1.95*1000/18=108.33 mol agua/m2/s

Balances contra "cabeza": L+0.00 + G*Y=LX+G*0.00263 --> X=53.01/108.33*(Y-0,00263)

0,000000

0,010000

0,020000

0,030000

0,040000

0,050000

0,060000

0,000000 0,005000 0,010000 0,015000 0,020000 0,025000 0,030000

operacion

equilibrio (T variable)

305 K

298 K

293 K


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Resultados (etapas de equilibrio)ojo: cabeza “abajo”

Resultados (etapas de equilibrio)ojo: cabeza “abajo”


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Relleno vs. platos Relleno

Menores pérdidas de carga Diámetros menores

Coste inferior, especialmente si el relleno es aleatorio

Menos retención de líquido (“hold-up”)

Cálculo

Coeficientes de transferencia muy variables (interacción con

hidráulica)

Modelos menos precisos Más pruebas /experiencia / fabricante

Escalado menos preciso, especialmente si el relleno es aleatorio

Poco adecuado si hay riesgo de ensuciamiento

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