UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUIMICA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

INFORME Nº1

DESORCION GASEOSA

CURSO : PI – 136 – B ALUMNOS : AYCHASI NAUPARI DIEGO CLAROS RAMIREZ JOHAN REYES SIFUENTES DANY TORRES ALTAMIRANO JUAN PROFESOR : ING. RAFAEL CHERO RIVAS 2012-I

ÍNDICE

1. OBJETIVOS ………………………… 1

2. FUNDAMENTO TEÓRICO ………………………… 1

3. EQUIPO EXPERIMENTAL ………………………… 2

4. CÁLCULOS Y RESULTADOS ………………………… 3

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ………………………… 21

6. CONCLUSIONES ………………………… 21

7. BIBLIOGRAFÍA ………………………… 22

8. ANEXOS ………………………… 22

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DESORCION GASEOSA NO ISOTERMICA Introducción En el presente trabajo se estudia la operación de transferencia de materia conocida como desorción de gases o “stripping”. En la desorción gaseosa un vapor soluble en un líquido se desorbe para formar un mezcla con un gas inerte. En nuestro caso se tratara de amoniaco disuelto en agua, el cual será transferido hacia la fase gaseosa, utilizando aire como gas inerte. El aire ingresara a la torre empacada proveniente de un compresor, y por lo tanto su presión a la entrada será superior a la atmosférica, además, el aire se considera seco. La mezcla de amoniaco-aire saldrá por el tope de la columna e ira al desagüe el cual se encuentra abierto a la atmosfera. La solución de amoniaco a temperatura ambiente es ingresada a la torre desde un depósito abierto a la atmosfera y el flujo de líquido será únicamente por gravedad. La fase liquida pobre en amoniaco saldrá de la columna hacia un tanque de recolección el cual está abierto a la atmosfera. El desalojo del líquido del fondo se realizara mediante una bomba y el control de nivel en el fondo se realizara con una válvula manual. 1. Objetivos

Determinar las condiciones factibles de operación de una columna empacada convencional.

Adiestrarnos en la operación de una columna empacada en condiciones dinámicas.

Representar la curva de equilibrio de un sistema no isotérmico.

Determinar el porcentaje de recuperación de amoniaco y la eficiencia del proceso de separación, para unas condiciones de operación preestablecidas.

2. Fundamento Teórico Efectos del calor y las variaciones de temperatura sobre la desorción Cuando el solvente es volátil, la temperatura dentro del desorbedor puede llegar a un máximo, es decir, puede variar de manera decreciente desde el tope hasta el fondo. La desorción de un soluto por un gas requiere de un calor que ocasiona que la temperatura del líquido disminuya. La curvatura de la línea de equilibrio depende de la absorción de soluto, de la velocidad de transferencia de calor entre fases, y de la evaporación o condensación del solvente líquido. Existen varios métodos a considerar al tratar con los efectos del calor, que dependen de los requerimientos del trabajo que se realiza. Por ejemplo, se puede:

a. Agregar superficie interna o externa de transferencia de calor, para eliminar el calor del desorbedor.

b. Tratar el proceso como si fuera isotérmico, al suponer en forma arbitraria que la temperatura de la fase liquida es la misma en todos los puntos, y agregar después un factor de seguridad.

c. Utilizar el modelo adiabático-clásico, en el que se supone que el calor de disolución solo se manifiesta como un calor sensible en la fase liquida y que la condensación del disolvente es despreciable

d. El uso de métodos abreviados semiteoricos obtenidos de los cálculos rigurosos. e. El empleo de procedimientos rigurosos de diseño, que requieren el empleo de un

computador.

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Método clásico de diseño isotérmico Cuando el líquido de alimentación, está bastante diluido, la solución exacta de diseño debe obtenerse por medio de la isoterma sobre un amplio intervalo de las razones L/G, porque los efectos del calor suelen ser menos importantes. Sin embargo el problema estriba en la definición del término “bastante diluido” para el caso especifico. Método clásico de diseño adiabático En el método clásico de diseño adiabático se supone que el calor de disolución de desorción sirve exclusivamente para enfriar la corriente de líquido y que no existe condensación del disolvente. Con esta suposición es factible relacionar la disminución en la temperatura del líquido con la concentración del soluto x por un equilibrio sencillo de entalpias. *Ver Grafica A2 3. Equipo La columna de relleno consiste en una columna cilíndrica, o torre hecha de vidrio con diámetro interior de 4in, equipada con una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior; un entrada de liquido y un distribuidor en la parte superior; salidas para el gas y el liquido por cabeza y cola, respectivamente; y una masa soportada de cuerpos sólidos inertes que recibe el nombre de relleno de la torre. El relleno consiste en anillos Raschig fabricados de vidrio, con ½ in de tamaño nominal. La altura de relleno es 1m y este cuenta con un soporte de teflón.

Figura 1: Torre empacada

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4. Cálculos Resultados

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*Ver tabla B1

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5. Discusión de Resultados

Para el balance de energía se debe tomar en cuenta la evaporación y condensación del disolvente líquido en este caso el agua se debe tener en cuanta y medir la cantidad de agua que entra en el aire, ya que un aumento den la humedad relativa aumenta la temperatura del gas

Al hacer el balance de energía se debe tomar en cuenta el calor de disolución en este caso del NH3, si hay evolución del calor durante el mezclado ΔHs será una cantidad negativa. Para soluciones ideales este calor de mezclado es igual a cero, en nuestro caso este calor provoco un aumento de la temperatura del gas es por ello que consideramos un valor positivo al momento de introducirlo a la ecuación de balance de energía.

La caída de presión en nuestra operación de desorción gaseosa es de 1774.19Pa/m lo que indica una caída de presión fuera del rango recomendable para desorción (200Pa/m a 400Pa/m) debido a que el flujo gaseoso que se ha fijado es demasiado alto G=0.270 mol/s comparado al Gmin=0.027 mol/s lo que incrementa la caída de presión y esto es corroborado en el %Inundación del 87,5% de corriente gaseosa lo que también está fuera del rango recomendable (McCabe 4° Edición, Capítulo 22-Absorción de Gases: es frecuente que las columnas de desorción operen con la mitad del flujo de inundación).

El método de número de platos teóricos Np=0.5 y el AEPT de 2m, que en conjunto nos indica la altura necesaria de relleno para efectuar el mismo trabajo que en una columna de etapas ideales, es decir nuestro Z=1m. Este método no considera las diferencias que existen en el tipo de contacto por etapas o pasos que hay en los dos tipos de columnas. Pero la finalidad es representar o calcular el Np necesario para llegar a la misma variación de concentración que en una columna de relleno.

6. Conclusiones

La temperatura de salida del líquido a la salida de la torre fue de 27 oC, esto se determinó de acuerdo al balance de energía, y a las consideraciones al momento de hacer dicho balance, queda claro que la temperatura real es menor a este valor hallado ya que no se consideró la humedad relativa con la cual entraba el líquido, ya que este provocaría un descenso de la temperatura producto de condensación y evaporación del agua

Del balance de materia, el flujo molar de NH3 de entrada es de 7.58x10-5 mol/s y el de salida es de 1.89x10-4 mol/s representan un %recuperación de 40% que sugiere que el aire a nuestras condiciones de operación no es un adecuado solvente para e NH3.

La recta de operación está muy por debajo respecto a la curva de equilibrio debido a que la alimentación de líquido tenía una concentración muy baja de amoniaco y por ende la fuerza motriz no es significativa.

La cantidad de amoniaco transferido en una columna de platos aparenta mayor eficiencia debido a que Np=0.5.

En la desorción el líquido ofrece una mayor resistencia lo que fue corroborado con las resistencia determinada de 100%.

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7. Bibliografía

Robert E. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa, 2da Edición

Warren L. Mc Cabe, Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 4ta Edición

Christie John Geankoplis, Procesos de transporte y principios de procesos de separación, 4ta Edición

8. Anexos Grafica A1: Caída de presión del gas típica para el flujo a contracorriente del líquido y el gas en empaques al azar

Grafica A2: Diagrama de diseño para la absorción adiabática de acetona en agua

Tabla B1: Características de los empaques aleatorios