Taller Opus Ii.pptx

Un soluto A es absorbido por una mezcla binaria que contiene 7,5% mol de A con un solvente B en una torre empacada. El flujo de gas es 60 kmol/h. Teniendo en cuenta la inundación, se seleccionó un diámetro de torre de 1,2m. El gas de salida debe contener 0,2 mol de soluto de A. El líquido B libre de soluto entra en el tope de la torre 1.1 veces el flujo mínimo. Los coeficientes de transferencia de masa locales son kx=2,05kmol/m2h y ky=1,75kmol/m2h. El equilibrio del sistema obedece a la ley de Henry, con la relación Y=0,63X. El área interfacial específica de contacto gas líquido es de 71m2/m3. a) Valor (1,5) La altura del empaque requerido para la separación deseada b) Valor (1,0) Si se desea eliminar 99,5% de soluto A ¿Qué porcentaje de aumento se requiere en la altura del empaque? Justifique su respuesta de forma matemática y basada en sus conocimientos de transferencia de masa c) Valor (1,0) Determine la pendiente de línea de operación para cada requerimiento de separación (inciso a e inciso b). Explique el significado de su respuesta. d) Valor (1,5) Estime la caída de presión de la torre considerando que las propiedades de la solución son similares a la del agua y que el gas tiene las propiedades del aire.

Recolección de información a)

x2=0 D=1,2 m

Z=HOG*NOG 𝐻𝑂𝐺

Gflux = 𝐾𝑦 𝑎

L=1,1Lmin Kx= 2,05 kmol/m2h Ky=1,75 kmol/m2h

a= 71 m2/m3 Y=0,63X

y1=0.075 G1= 60 kmol/h

𝐺𝑓𝑙𝑢𝑥 =

𝐺1 𝐴

=

60 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ 𝜋∗1,22 4

𝑚2

=53,0516 kmol/h 𝑚2

1 1 𝑚, 1 0,63 = + = + = 0,8787 𝐾𝑦 𝑘𝑦 𝑘𝑥 1,75 2.05 Ky= 1,1379 kmol/h𝑚2

𝐻𝑂𝐺 =

53,0516 =0,6569m 1,1375∗71

𝐴 1 𝐴− 𝑁𝑜G = ln + 𝐴−1 𝐴 𝐴

1 𝑦1 − 𝑦2∗ 𝑦2 − 𝑦2∗

𝐿𝑠 𝐴= 𝐺𝑠 𝑚

𝑌2 − 𝑌1∗ 𝑋2 − 𝑋1∗

𝑌2 =

𝑦2 0,002 = = 0,002 1 − 𝑦2 1 − 0,002

𝑌1 =

𝑦1 0,075 = = 0,0811 1 − 𝑦1 1 − 0,075

𝑋1∗

Gs = 60 kmol/h (1-0,075) = 55,5 kmol/h Lsmin= 55,5 * 0,6146 = 34,1103 kmol/h

Para hallar Ls se calcula inicialmente el flujo mínimo, para lo cual se hace uso de la línea de operación en el equilibrio: 𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 = 𝐺𝑠

𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 0,002 − 0,0811 = = 0,6146 𝐺𝑠 0 − 0,1287

𝑌1 0,0811 = = = 0,1287 0,63 0,63

Ls= 1,1 * 34,1103 = 37,5213 kmol/h

37,5213 𝐴= = 1,0731 55,5 ∗ 0,63 1,0731 1 1,0731 − 1 0,075 − 𝑦2∗ 𝑁𝑜G = ln + 1,0731 − 1 1,0731 1,0731 0,002 − 𝑦2∗ NOG=18,2782

Z=HOG*NOG=0,6569*18,2782=12,0069

b)

Se realiza el mismo procedimiento que en el punto a para hallar el NOG Y2=Y1(1-0,995)=0,0004055

X2=0

Y1=0,0811

𝑋1∗ =

𝑌1 0,0811 = = 0,1287 0,63 0,63

𝐿𝑠𝑚𝑖𝑛 0,0004055 − 0,0811 = 55,5 0 − 0,1287

Lsmin=34,7983 kmol/h

Ls= 1,1 * 34,8115 = 38,2781 kmol/h

38,2781 𝐴= = 1,0948 55,5 ∗ 0,63

y1=0.075

G1= 60 kmol/h

𝐻𝑂𝐺 =

53,0516 =0,6569m 1,1375∗71

1,0948 1 1,0948 − 1 0,075 − 𝑦2∗ 𝑁𝑜G = ln + 1,0948 − 1 1,0948 1,0948 0,0004055 − 𝑦2∗ NOG=32,6711

Z2 = HOG*NOG= 0,6569*32,6711 = 21,4617m Z1=12,0069 m %𝑎𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 =

𝑍1 − 𝑍2 12,0069 − 21,4617 = ∗ 100 = 78,74% 𝑍1 12,0069

* Si se necesita mayor pureza, quiere decir que se necesita un mayor gradiente de potencial para que ocurra una mayor transferencia, el factor que influye en esto en cuento al diseño de la torre es su altura, la cual para este caso aumenta

1) 2)

𝐿𝑠 37,5213 = = 0,6761 𝐺𝑠 55,5 𝐿𝑠 𝐺𝑠

=

38,2926 55,5

=0,6899

Los resultados muestran que la línea de operación no cambia significativamente cuando se desea que se elimine mayor porcentaje de soluto, esto debido a que dicha línea la alteran principalmente los cambios en presión y temperatura, es decir, trabaja bajo las mismas condiciones de operación.

Se analizan los datos necesarios que corresponden cada eje en la gráfica 𝐿′ 𝑓𝑙𝑢𝑥 𝜌𝑙 ( )0,5 𝐺´𝑓𝑙𝑢𝑥 𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 Suponiendo que las mezclas tienen propiedades similares a las del agua y el aire 𝜌𝐿 = 1000𝑘𝑔/𝑚3 𝜌𝐺 = 1,29 ∗ 10−3 𝑘𝑔/𝑚3 38,2781𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑘𝑔 , 𝐿 𝑓𝑙𝑢𝑥 = = 33,85 = 609,2149 1,1309 𝑚2 ∗ ℎ 𝑚2ℎ 𝑚2ℎ

𝐺𝑓𝑙𝑢𝑥 =

𝐺1 𝐴

=

60 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ 𝜋∗1,22 4

= 1538,4964

𝑚2

=53,0516 kmol/h 𝑚2

𝑘𝑔 𝑘𝑔 = 25,6416 𝑚2ℎ 𝑚2𝑠

609,2149 1,29 ∗ 10−3 ( )0,5 = 0,0004497 −3 1538,4964 1000 − 1,29 ∗ 10

𝐺 , 𝑓𝑙𝑢𝑥 ∗ 𝐶𝑓 ∗ 𝜇𝐿0,1 ∗ 𝐽 𝜌𝑔 𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 𝑔𝑐

Eje x

𝜇𝐿 = 3,2 ∗ 10−4 N*s/m2

Para este caso, no se tiene el valor de Cf, pero se tiene el valor de a=71, se acude a las tablas, en donde no se encuentra, sin embargo el valor más cercano a este (a=68) puede brindar un resultado aproximado.

𝑘𝑔 25,6416 𝑚2𝑠 ∗ 32 ∗ 3,2 ∗ 10−4 N∗s/m2

0,1

1,29 ∗ 10−3 1000 − 1,29 ∗ 10−3 ∗ 1

∗1

= 0,20354

Eje y

Δ𝑃 = 1200 𝑍

Δ𝑃 = 1200 12,0069 = 14408,28

𝑁 𝑚2