Teoricas Ind2 - Trabajo Prctico De Adsorci N

Universidad de Buenos Aires Facultad de Ingeniería Industrias II

Trabajo Práctico de Adsorción Secado de aire con sílice gelatinosa Intercambio Iónico

Profesor: Ing. Descalzi Grupo N° 4

Trabajo Práctico Adsorción

Grupo 4

Trabajo Práctico de Adsorción Secado de aire con sílice gelatinosa Dimensionar una instalación de adsorción por precolación en doble columna para realizar el secado continuo de aire húmedo comprimido, mediante lecho adsorbente de sílica gel. El aire es tomado a T1 = 22°C con un contenido de humedad del 82%, a reducir hasta un 1% (φ) a una atmósfera de presión, debiéndoselo comprimir hasta 7 atmósferas para mejorar el rendimiento general antes de ingresar a las torres de adsorción. El caudal de aire que entra al equipo es de 8 + 5 = 13 en m3/hr. Siendo la duración del ciclo de 14 hs. Calcular la masa necesaria de Sílica Gel. Dimensionar las torres, calcular el calor de regeneración, realizar un esquema completo de la instalación incluyendo prefiltros, compresor postenfriador, sendas columnas (cabezales semielípticos), cañerías de alimentación / regeneración (tipo de válvulas), condensador del agua eluída, tanque del condensado.

Datos:              

Densidad del adsorbente Sílica Gel = 0.73 kg/dm3 Calor específico del adsorbente Sílica Gel = 0.2 kcal/kg°C Densidad del material de las columnas (hierro) = 7.8 kg/dm3 Calor específico del hierro = 0.1 kcal/kg°C Calor específico del adsorbato (vapor de agua) = 0.4 kcal/kg°C Calor latente del adsorbato (vapor de agua) = 540 kcal/kg Constante de la evolución poltrópica: m = 1.4 (compresión) Temperatura del aire húmedo luego del postenfriamiento: t = 10°C Se asume que postenfriador condensa un 40% del agua que ingresa en el aire atmosférico Yt a la t = 40 kg SG/100 kg H2O Densidad del aire = 1.293 kg/m3 Calor de adsorción-desorción = 25 kcal /kg Temperatura de regeneración = 150°C Volumen muerto = 21%

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1) Cálculo del caudal Dado que en el compresor la evolución es adiabática, la evolución es una politrópica con m = 1.4 y expresando las temperaturas en °K m

P1 ⋅ V1 = P2 ⋅ V2

m 1

 P1  1.4 ⇒ V2 = V1 ⋅    P2  3

m 1 ⋅  h 7  m3  V = 3 . 24  2  h 

V2 = 13

1 1. 4

Además se debe cumplir que:

= T2 ⋅ V2

m− 1

V  ⇒ T2 = T1 ⋅  1   V2 

m− 1

T1 ⋅ V1

m−1

que reemplazado lo anterior queda: 0.4

 13  T2 = 295° K ⋅   3 . 24   [ T2 = 514.4° K = 241.4° C ] 2) Cantidad de agua a extraer Siendo la humedad absoluta la relación entre la cantidad de agua y la cantidad de aire seco, se puede expresar de la siguiente forma:

N ° de moléculas de Agua⋅ Peso Molecular del Agua N ° de moléculas de Aire Seco⋅ Peso Molecular del Aire Seco n ⋅ PM w H= w n AS ⋅ PM AS H=

donde PMW = 18 y el PMAS = 29 ⇒

H = 0.621⋅

nw nAS

teniendo en cuenta que los números de moléculas son proporcionales a sus respectivas presiones parciales:

n n AS

=

Pv Pv = PA P − Pv siendo P = PA + PV

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por lo tanto queda que:

H = 0.621⋅

Pv P − Pv

Además sabiendo que la humedad relativa es la relación entre la presión parcial del vapor de agua a esa temperatura y la presión de saturación a esa temperatura.

φ=

Pv Pvs

se puede reemplazar la ecuación anterior:

H = 0.621

kg w φ ⋅ Pvs ⋅ kg AS P − φ ⋅ Pvs

H = 0.621

kg w 82% ⋅ 0.02608atm ⋅ kg AS 7atm − 82% ⋅ 0.02608atm

 kg w   H = 0.01357  kg AS   En el postenfriador se elimina 40% de la humedad:

H1 = (1 − 0.4) ⋅ H

H1 = 0.6 ⋅ 0.01357

kg w kg AS

 kg w  H = 0 . 00814  1  kg AS   para la temperatura de entrada del aire se busca de tablas la presión parcial de saturación del vapor de agua. A la salida de la torre debe ser Tf = 10°C y Pf = 1atm ⇒ PV = 0.01211atm

H ' = 0.621

kg w φ ⋅ Pvs ⋅ kg AS P − φ ⋅ Pvs

H ' = 0.621

kg w 1% ⋅ 0.01211atm ⋅ kg AS 7atm − 1% ⋅ 0.01211atm

 kg w   H ' = 0.00008  kg AS   El producto de la humedad absoluta hallada por la cantidad de aire que circulará nos dará la cantidad de agua total a sacar del sistema, para ello:

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W = ( H 1 − H ') ⋅ δ aire ⋅ V1 ⋅ Γ C kg m3 hs W = (0.00814 − 0.00008) ⋅ 1.293 3 ⋅ 13 ⋅ 14 h ciclo m kg   W = 1.897 ciclo  3) Masa del adsorbente: Gs

Yteórica =

kg agua 100 kg Sílica Gel

Con los datos Te y φ se busca el valor Yt en la tabla del Perry

Yt = 40 kgW / 100 kgSG Pto.ruptura = 1,2

Yreal = Pto. ruptura ⋅ Yteórica Yreal = 1.2 ⋅

40kgW 100kg SG

 48kgW  Yreal =  100kg SG   Gs =

W Yr

kgW ciclo Gs = 48kgW 100kg SG 1.897

kg SG   Gs = 3.95 ciclo   

z considerando la densidad de sílica gel = 0.73 kg/cm3

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VSG =

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G SG δ SG

kg SG ciclo VSG = kg 0.73 3 dm  dm 3  V = 5 . 41  SG  ciclo   3.95

4) Dimensionamiento de la Torre

Hs ⋅ π ⋅ D 2 VSG = 4 adoptando

Hs = 2D ⇒ D = 3

2 ⋅ Vsg π

2 ⋅ 5.41dm3 D= 3.1415 [ D = 1.51dm] 3

[ Hs = 3.02dm]

La altura de la torre se obtiene agregando la porción de volumen de Aire:

Hr = Hs ⋅ ( Vaire % + 1)

Hr = 3.02dm ⋅ ( 21% + 1) [ Hr = 3.65dm] 5) Calor de regeneración Es el calor necesario para eliminar el adsorbato del adsorbente. Se logra pasando aire caliente a contracorriente por la columna.

Qreg = Qagua + Qsg + Qfe + Qdes Qagua = Cw ⋅ W ⋅ (100°C − Te ) + λW ⋅ W ⋅ Cw ⋅ W ⋅ ( Treg − 100°C ) kg kg kg kcal kcal kcal ⋅ 1.897 ⋅ (100°C − 90°C ) + 540 ⋅ 1.897 +1 ⋅ 1.897 ⋅ (150°C − 100°C ) kg °C ciclo kg ciclo kg °C ciclo kcal Qagua = 1138.2 ciclo Qagua = 1

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es el calor a entregarle al agua para llevarla a la temperatura de regeneración es el calor a entregarle al adsorbente para llevarlo a la temperatura de regeneración. donde

es el calor a entregarle a la columna de hierro para llevarla a la temperatura de regeneración. donde el qdes se extrae de la Figura 76 Página 1380 del Tomo I del Perry para la desorción de la sílica gel. Salida de aire limpio (I)

Control de aire no adsorbido

(II)

Condensador

Agua eludía recuperada

Adsorbente – Sílica Gel

Calefacción o refrigeración

Vapor (II)

(II)

Agua Aire a adsorber

Aire comprimido Compresor

(I)

(II)

Tanque de condensado Página 7 de 11

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Instalación de adsorción por precolación Tiempo (I): Adsorción Tiempo (II): Recuperación con desorción y condensación

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Trabajo Práctico Intercambiador Iónico

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Intercambiador Iónico Dimensionar un equipo de intercambio iónico para precolación en columnas de lecho para desalificar una corriente de agua que contienen cloruro de sodio en solución  Caudal de agua a tratar: 4+10 = 14 m3/hr  Concentración inicial del ClNa: 1268 mg ClNa/100 cm3  Tiempo del ciclo sin regenerar las resinas 10 hs  Concentración final del ClNa: 68 mg ClNa/100 cm3 Características de los intercambiadores iónicos Aniónico Catiónico Tipo Amberlita IR-4 Tipo Amberlita IR-1 Densidad aparente: 0.6 kg/l Densidad aparente: 0.7 kg/l Es válida la ecuación de Freundlich Volumen inerte: 30% Realizar un esquema de la instalación que incluyan torre catiónica, descarbonatadora, aniónica, lecho mixto (sin dimensionar) con sus respectivos tanques de regeneración, y sus cañerías correspondientes

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Trabajo Práctico Intercambiador Iónico

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Reacción del Catión Cambiador

RcH + Na+ + Cl- → RcNa + Cl- + H+ La cantidad de sodio a eliminar será: Masa de Na+ = Mediante la ecuación de Freundlich podemos obtener la cantidad de HCl adsorbida (retenida) en el equilibrio por unidad de peso de adsorbato: k=119.0 y n=0.000 se obtienen de tablas (para Amberlita IR-1) Estos kgs de cambiador ocuparán el volumen:

V Resina = π ⋅ D ⋅ H H V Resina = π ⋅ ⋅ H 4 H2 V Resina = π ⋅ 4 V Resina⋅ 4 H= π 7929.29dm 3 ⋅ 4 π [ H = 10m] H ' = H ⋅ (1 + Vinerte) H ' = 10m ⋅ (1 + 30%) [ H ' = 13m] H=

Ecuación de neutralización

RaOH + H+ + Cl- → RaCl + H2O La cantidad de ácido Clorhídrico a eliminar será: Masa de HCl= Mediante la ecuación de Freundlich podemos obtener la cantidad de HCl adsorbida (retenida) en el equilibrio por unidad de peso de adsorbato: k=161.5 y n=0.070 se obtienen de tablas (para Amberlita IR-4 - HCl) Estos kgs de cambiador ocuparán el volumen:

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Desgasificador

Trabajo Práctico Intercambiador Iónico

Agua con NaCl (I)

(II) y (IV) agua

(II) y (IV)

(III)

Solución regenerante ácida

Catión cambiador

Anión cambiador

agua (III)

Solución regenerante alcalina

Agua desalinizada (I)

Instalación de desalificación Tiempo (I): Eliminación de cationes y de aniones Tiempo (II): Lavado Tiempo (III): Regeneración Tiempo (IV): Lavado con agua pura

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