Absorción de SO2 en agua

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Contenido

1.- Introducción        2

2.- Objetivo de la práctica        3

3.- Aparato experimental        3

4.- Procedimiento experimental        4

5.- Presentación de resultados        5

5.1.- Calibrado del rotámetro        5

5.2.- Valoración de la disolución preparada de NaOH 0.1 N        6

5.3.- Cálculo del caudal de anegamiento        7

5.4.- Cálculo de la superficie específica del relleno        10

5.5.- Experimentos con caudal de humectación constante y caudal de gas variable        11

5.6.- Experimentos con caudal de humectación variable y caudal de gas constante        19

5.7.- Cálculo del AEPT para caudal de gas constante        23

6.- Discusión de resultados        32

6.1.- Caudal de anegamiento        32

6.2.- Influencia del tamaño de relleno sobre la caída de presión        34

6.3- Experimentos con el caudal de humectación constante y el caudal de gas variable        34

6.4.- Experimentos con el caudal de gas constante y el caudal de humectación variable        35

6.5.- Aplicaciones industriales del proceso de absorción        36

1.- Introducción

        La absorción de gases es un Operación básica de transferencia de materia, en la cual una mezcla gaseosa de dos o más componentes se pone en contacto con un líquido a fin de que este disuelva de manera selectiva uno o más componentes del gas.

        La transferencia de materia tiene lugar desde el seno de la fase gas al seno de la fase líquida a través de la interfase pasando por difusión molecular la sustancia que se transfiere.

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Ilustración 1

        Se introduce el coeficiente individual de transferencia de materia en función del caudal de transferencia de materia, NA (masa de materia en moles o kilos, por unidad de tiempo y superficie), para cada uno de los fluidos.

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Ecuación 1

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Ecuación 2

        En este caso para evitar conocer las condiciones en la interfase se introduce el término de coeficiente de transferencia de materia global.

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Ecuación 3

        De la ecuación anterior, pe corresponde con la presión parcial de la sustancia que se transfiere en equilibrio con la concentración de esta sustancia en la fase líquida. Y ce corresponde con la concentración de equilibrio del gas en la fase líquida en equilibrio con la presión parcial de esta sustancia.

        Los coeficientes de transferencia de materia aumentan con el caudal de líquido y gas hasta un valor de caudal, a partir de ahí se mantendrá constante o puede disminuir si se trabaja cerca de la zona de anegamiento. El aumento inicial del coeficiente de transferencia se debe a que en este momento el relleno se moja de una forma más efectiva.

2.- Objetivo de la práctica

        El propósito de esta práctica es el estudio de la transferencia de materia en la operación de absorción, calculando los coeficientes globales de transferencia de materia KG y KL. Además de observar la influencia que tienen los caudales de circulación de líquido y gas sobre estos coeficientes.

3.- Aparato experimental

A continuación, se muestra una foto del montaje utilizado para llevar a cabo el experimento de absorción.

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Ilustración 2

4.- Procedimiento experimental

        En primer lugar, se realizan cuatro experimentos, fijando un caudal de humectación diferente cada vez, con el fin de obtener el caudal de anegamiento.

En cada uno de ellos se procede de la misma forma:

Se fija el valor de Nagua de 0, 70, 140 o 200 divisiones en cada uno de los experimentos. A continuación, se fija un caudal de aire inicial de 0,5 Nm3/h y se incrementa 0,4 Nm3/h hasta que se alcance el caudal de anegamiento, es decir cuando se observe mucha turbulencia dentro de la columna y la pérdida de carga aumente mucho. Para cada uno de dichos caudales se anota el valor de la pérdida de carga (D.[pic 12]

        En segundo lugar, se toman varias medidas de los anillos Raschig para el posterior cálculo de la superficie específica del relleno de la columna.

        Los valores que se toman son:

• El volumen que ocupan todos los anillos, para ello se utiliza una probeta.
• El peso de todos los anillos.
• El peso de 200 anillos.
• La altura, el diámetro interno y el diámetro externo de 4 anillos, utilizando un pie de rey. (Se utilizarán los valores medios de cada variable).

Por último, se realizan dos experimentos, uno con el caudal de humectación constante y otro con el caudal de gas constante, con el objetivo de calcular los coeficientes globales de transferencia de materia y comprobar la influencia de los caudales del líquido y del gas sobre estos.

1. Caudal de humectación constante:

Para empezar, se fija Nagua = 160 divisiones, manteniendo este valor constante a lo largo de todo el experimento. A continuación, se fija el caudal inicial de aire de 4 Nm3/h y se va disminuyendo su valor 0,3 Nm3/h cada 5 minutos.

 En cuanto al caudal de SO2, su valor guarda una relación con el caudal de aire de forma que se tiene que cumplir   = 0,03 en todo momento.[pic 13]

Para cada uno de los caudales de aire y SO2 se anota la pérdida de carga y se toma una muestra de 20 cc de la disolución acuosa de dióxido de azufre para su análisis. Dicho análisis consiste en valorar la muestra tomada de la columna con NaOH 0.1 N (preparado y valorado con anterioridad), empleando fenolftaleína como indicador.

1. Caudal de aire constante:

En primer lugar, se fija un caudal de gas de 3 Nm3/h y el correspondiente caudal de SO2 puesto que se tiene que cumplir la misma relación que para el experimento anterior.  

En segundo lugar, se fijan 200 divisiones de agua y se van disminuyendo 10 divisiones cada 5 minutos hasta llegar a 120.

Para cada caudal de agua se anota la pérdida de carga y se toma una muestra de la disolución acuosa de SO2, exactamente igual que en el caso anterior.

5.- Presentación de resultados

5.1.- Calibrado del rotámetro

        Durante la práctica se calcula el caudal para distintas divisiones de agua con el fin de obtener un ajuste que posteriormente permita calcular el caudal que circula por la columna durante cada uno de los experimentos realizados.

Tabla 1

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Ecuación 4

        Se representan los caudales calculados en función de las divisiones de agua tal y como se muestra en la gráfica 1.

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