Guia Absorcion

Problemas sobre Transferencia de Masa en Estado Estacionario y no Estacionario

P1) Se debe disolver CO2 en una solución usando un absorbedor por burbujeo. Para ello se dispone de un tanque cerrado de absorción de dióxido de carbono que opera a 30 [atm] de presión y temperatura de 18ºC. Se debe agregar CO2 hasta alcanzar una concentración de 20 [gr] de CO2 por litro de solución, siendo laconcentración de entrada 0. El CO2 se alimenta puro de modo que se puede considerar que la solución está en contacto con una fase gaseosa de composición 100% dióxido de carbono. Determine la razón entre el volumen del reactor y el flujo de solución necesario para lograr la transferencia de masa necesaria. Suponga que el tanque opera como un reactor perfectamente agitado.

KLa = 0.01 [1/s]

Para elequilibrio entre la solución y la atmósfera de CO2 considere los siguientes datos de equilibrio
[pic]

Solución
De acuerdo con la información de equilibrio disponible a 18ºC se tiene que a 25 [atm] la solubilidad es 3.86 y a 50 [atm] es 6.33 gr CO2 / 100 gr H2O. Interpolando linealmente para 30 atm se tiene una solubilidad de 4.354 gr CO2 / 100 gr H2O.

[pic], al considerar una densidad dela solución de 1 [gr/ml].
En el interior del absorvedor la concentración de CO2 es de 20 [gr/lt], en consecuencia la velocidad de transferencia de masa se puede expresar como:

[pic]
Wa = 0.217 [gr/seg/lt] * V [lt]

Por otro lado el requerimiento de absorción para el equipo es que para un flujo de 1 lt/seg se pase de concentración 0.0 a 20.0 gr/lt de CO2.

Por lo tanto: Wa = 1 [lt/seg] *(20.0 – 0.0) [gr/lt] = 20 [gr/seg]

Igualando ambas expresiones se obtiene:

Wa = 20 [gr/seg] = 0.217 [gr/seg/lt] * V [lt]

V = 92.17 [lt]

P2) Para el secado de aire húmedo se emplea una torre de absorción de relleno utilizando como líquido absorbente una disolución de sosa cáustica de 50% molar. El aire entra con humedad absoluta de 0,012 Kg de agua /Kg de aire seco, y ha dedeshumificarse hasta 0,003 Kg de agua / Kg de aire seco. Calcúlese el numero de etapas de contacto discontinuo necesarias, si la eficiencia de cada etapa es un 40% y se utiliza un flujo líquido 50% superior al mínimo.

|X |Y |X |Y |
|0 |0 |7 |0.0142 |
|1 |0.0004 |8 |0.0157 |
|2 |0.0011 |9 |0.0170 |
|3|0.0028 |10 |0.0177 |
|4 |0.0067 |12 |0.0190 |
|5 |0.0100 |16 |0.0202 |
|6 |0.0126 | | |

P.M. Agua: 18 [gr/mol]; P.M. Aire: 29 [gr/mol].

Solución
Las humedades molares del aire a la entrada y a la salida son:

Y1 = 0.012 Kg agua / Kg aire seco =
= 0,012 *29 / 18 = 0.01933 mol de agua / mol aire secoY2 = 0.003 Kg agua / Kg aire seco =
= 0,003 *29 / 18 = 0.00483 mol de agua / mol aire seco

Para la disolución líquida, en la entrada la razón molar es 1/1 entre agua y NaOH, es decir:

X1 = 1 mol de agua / mol de NaOH.

Utilizando los datos de la curva de equilibrio y la información de las concentraciones en base inerte, determinamos gráficamente la razón mínima líquido / Gas en lacolumna.
[pic]

Como la curva de equilibrio presenta una geometría especial, no es posible alcanzar el equilibrio para el punto de salida (Y= 0.01933) sin cruzar antes la curva de equilibrio en consecuencia la razón mínima se fija para la recta tangente a la curva de equilibrio que pasa por el punto (X1, Y1).
Se obtiene que:
(Ls / Gs )min = 0.00159

como la operación se realiza con un flujolíquido 50% superior al mínimo, entonces la razón de operación será:
(Ls / Gs ) = 0.002385

Realizando un balance de masa para la operación se tiene que:

LS (X2 – X1) = GS (Y2 – Y1) en consecuencia X2 = 7.079

y determinamos gráficamente el número de etapas teoricas necesarias.
[pic]

El número de etapas teóricas es 2.84, como la eficiencia de cada etapa es un 40%, entonces el número...