Absorción e intercambio iónico

Ejemplo 11.7 pág. 685

Calcular el número de unidades de transferencia y la rapidez de circulación del adsorbente que se requieren para separar un gas que contiene 60% de etileno C2H4 y 40% de propano C3H8 en volumen, en productos que contengan 5 y 95% de C2H4 en volumen; la separación se efectuar isotónicamente a 25 “C y 2.25 atm; se utilizar carbón activado como adsorbente y una relación dereflujo del doble del mínimo. (Nota: Estos adsorbedores generalmente se operan a relaciones de reflujo cercanas al mínimo, con el fin de reducir la rapidez de circulación del adsorbente. El valor presente se utiliza con el fin de que la solución grafica resulte muy clara.)

SOLUCIÓN.
Los datos en el equilibrio para esta mezcla se calcularon a partir de los datos de Lewis y col., Ind. Eng. Chem..42, 1 319, 1 326 (1950); están graficados en la figura 11.33. El C3Hs es el componente más fuertemente adsorbido; las composiciones en el gas y en el adsorbato están expresadas como fracciones peso de C3H8. Las líneas de unión se omitieron en la parte superior de la grafica; las composiciones en el equilibrio se muestran en este caso en la parte inferior.
Los pesos moleculares son 28.0 para elC2H4 y 44.1 para el C3H8. Entonces, la composición del gas de alimentación es x, = 0.4(44.1)/[0.4(44.1) + 0.6(28.0)] = 0.5 12 fracción peso de C3H8. En forma similar x1 = 0.967 y xz = 0.0763 fracción peso de C3H8.
Bases: 100 kg gas de alimentaci6n Ecuaciones (11.63) y (11.64):
100 = R2 + PE
100(0.512) – R2 (0.0763) + PE(0.967)
Resolviéndolas simultáneamente, R2 = 51.1 kg, PS = 48.9 kg.
Elpunto F en x, y el punto E, en x1 se ubica en el diagrama en la forma mostrada. De acuerdo con el diagrama, N, (en el punto E,) = 4.57 kg carbón/kg adsorbato. La relaci6n de reflujo mínimo se encuentra del mismo modo que en la extracción. En este caso, la línea de unión a través del punto F ubica a ΔEM, y ΔEM= 5.80.
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(R1)m = 0.269PE = 0.269(48.9) - 13.15 kg
(E1)m - (R1)m + PE = 13.15 + 48.9 =62.1 kg
Bm – N1(E1)m = 4.57(62.1) = 284 kg carbón/100 kg alimentación
Al doble de la relación de reflujo mínimo, R1/ PE = 2(0.269) = 0.538. Ecuación (11.58).
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NΔE = 7.03 kg carbon/kg adsorbato
Y el punto ΔE se localiza en el diagrama.
R1 - 0.538PE = 0.538(48.9) = 26.3 kg
E1 = R1 + PE = 26.3 + 48.9 = 75.2 kg
B = N1E1 = 4.57*(75.2) = 344 kg carb6n/100 kg alimentación
Elpunto ΔR puede localizarse prolongando la línea ΔmF hasta intersecar la línea x = x2. En forma alternativa, NΔR = -B/R2 = - 344/51.1 = - 6.74 kg carbón/kg adsorbato. Las líneas al azar, como la línea ΔRK se trazan a partir de ΔR; las intersecciones con las curvas en el equilibrio se proyectan hacia abajo, en la forma mostrada, para obtener la curva de operación de la sección de adsorción. De modosimilar, las líneas al azar, como la línea ΔgJ se traza desde Δg; las intersecciones se proyectan hacia abajo, para obtener la curva de operación de la sección de enriquecimiento.
La distancia horizontal entre las curvas de operación y en el equilibrio, en el diagrama inferior, es la fuerza motriz x – x* de la ecuación (11.66). Los siguientes valores se determinaron a partir del diagrama:

[pic][pic]

La tercera columna se grafico como ordenada contra la primera como abscisa; el área bajo la curva entre x1 y xF fue 2.65; bajo la curva entre xF y x2 fue 2.67. Más a un r = 28.0/44.1 = 0.635. Aplicando la ccuaci6n (11.66) a la sección de enriquecimiento:
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Ejemplo 11.9 pág. 702

Se va a deshumidificar aire a 26.7 °C, 1 atm con una humedad de 0.00267 kg agua/kg aireseco; con ese propósito, será pasado a través de un lecho fijo de la misma sílica gel que se utilizó en el ejemplo 11.6. La profundidad del lecho adsorbente va a ser de 0.61 m. El aire se pasara a través del lecho a una velocidad superficial de masa de 0.1295 kg/m2 ; se supondrá que la adsorción es isotérmica. Como punto de ruptura se va a considerar el momento en que el aire efluente tenga una...