Columna de platos

10.6B Diseño de torres de absorción de platos
1. Deducción de la línea de operación. Una torre de absorción de platos tiene el mismo diagrama de flujo de proceso que el sistema de etapas múltiples a contracorriente de la figura 10.3-2 y se muestra como una torre vertical de platos en la figura 10.6-4. En el caso de un soluto A que se difunde a través de un gas en reposo (B) y después en unfluido quieto, en la absorción por agua de acetona (A) en aire (B), las moles de aire inerte o en reposo y de agua inerte permanecen constantes en toda la extensión de la torre. Si las velocidades son Y’ kg mol aire inerte/s y L’ kg
mol disolvente o agua inerte/s, o en kg mol inerte/s *

m* (Ib mol inerte/h . pie*), el balance general P de material con respecto al componente A en la figura 10.6-4 esUn balance con respecto al área de la línea punteada sería
(10.6-l)

(10.6-2)
Cap. 10 Procesos de separación gas-líquido por etapas y continuos
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I 1 I I I I I
n+l
N-
N
vN+I> yN+l
------------I
I
I I I I I I I
- L,, x,, - - - - - - :
LN, XN

2

|
|
----- |
|
|
1 |
|

IV,+,,Y,+, 2 -

FIGURA 10.6-4.
Balance de materia en una torre de absorción deplatos.

donde x es la fracción mol A en el líquido, y es la fracción mol de A en el gas, L, es el número total de moles de líquido/s, y V, + t las moles totales de gas/s. Los flujo& totales de líquido y de gas varían a lo largo de la torre.
La ecuación (10.6-2) es el balance de materia o línea de operación para la torre de absorción muy semejante a la ecuación (10.3-l 3) para un proceso de etapas acontracorriente, excepto que intervienen las corrientes inertes L’ y V’ en vez del gasto total L y V. La ecuación (10.6-2) relaciona la concentración y, + t en la corriente de gas con x,, en la corriente de líquido que pasa a través de ella. Los términos V’, L’, x0 y yl son constantes y por lo general se conocen o se pueden determinar.
2. Determinacih gráfica del número deplatos. Una gráfica dela línea de operación, de la ecuación (10.6-2) como y en función de x proporciona una curva. Si x y y son muy diluidos, los denomina- dores 1 - x y 1 - y serán cercanos a 1.0 y la línea será aproximadamente recta, con una pendiente g L’lV’. El número de platos teóricos se determina estimando de manera ascendente el número de ellos, tal como se hizo en la figura 10.3-3 para el proceso acontracorriente de etapas múltiples.
EJEMPLO 10.6-l. Absorción de SO2 en una torre de platos
Se desea diseñar una torre de platos para absorber SO2 de una corriente de aire mediante
agua pura a 293 K (68 “F). El gas de entrada contiene 20% de moles de SO* y el de salida
2% de moles a una presión total de 101.3 kPa. El gasto del aire inerte es de 150 kg de aire/
h . m* y la velocidad de flujo del agua deentrada es 6000 kg de agua/h . m*. Suponiendo r una eficiencia total de los platos de 25O/0, Lcuántos platos teóricos y cuántos reales se necesitan? Suponga que la torre opera a 293 K (20 “C).
Solución: Se calculan primero las velocidades molares de flujo,

V’ =g= 5.18 kg mol de aire inerte/h *

m* 180 =333kgmoldeagua inerteh . m2

L, = 6000

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10.6 Absorción en forres empacadas y deplatos

F-Línea de equilibrio 11111111
x0 XN
Fracción mal, x
Número teórico de platos para la absorción de SO2 en el ejemplo 10.6-l.

FIGURA 10.6-5.
0.002 O i 0.006 0.008 II

Con respecto ala figura 10.6-4, y,,, +, = 0.20,yl = 0.02 yxo = 0. Sustituyendo en la ecuación (10.6-l) y despejando xN,
333(&)+5.1*(&)= “‘(p-)+5.18(&)
x, = 0.00355
Sustituyendo en la ecuación (10.6-2), y usando V’ yL’ como el kg mol/h *m2 en lugar de
kg molh . m2,
333(&)+5J8[+-)=333(&)+5.1*(+&)
Para grafícar la línea de operación, es necesario calcular varios puntos intermedios. Sea que y, +, = 0.07 y sustituyendo en la ecuación de operación,
o+m(+&)= 333(*)+m(+&)
Por consiguiente, x,, = 0.000855. Para calcular otro punto intermedio, se establece que yn + 1 = 0.13, por lo que el cálculo de x,, da como...