Departamento de Ingeniería Química y Ambiental. ABSORCIÓN NO ISOTÉRMICA

                   UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA[pic 1]

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Química y Ambiental

Bogotá, Colombia

2017-I

11 de abril de 2017

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ABSORCIÓN NO ISOTÉRMICA

Castro Huari Lina Juliana, Caucali Perez Orlando

Resumen

A continuación se muestra el procedimiento para resolver el ejercicio 8,4 del libro operaciones de separación de  Robert E. Treybal, este es un proceso de absorción no isotérmica, para su resolución utilizamos balances de materia y energía globales y locales, con el fin de encontrar el número de etapas requeridas para lograr la composición final que plantea el proceso, adicionalmente se varían condiciones de presión de trabajo, temperatura de entrada del solvente, y porcentaje de recuperación, y se observó cómo impactan en el número de etapas utilizadas en la absorción, finalmente se concluye que el proceso se verá beneficiado al aumentar presión de trabajo, y disminuir la temperatura del solvente.

Contexto

La absorción de gases es una operación en la que una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido con el objetivo de disolver selectivamente uno o más componentes del gas y de obtener una solución de estos en el líquido.

Muchos absorbedores y desorbedores trabajan con mezclas gaseosas y líquidos diluidos, para las que  es satisfactorio suponer que la operación  es isotérmica,  sin embargo las operaciones de absorción reales, generalmente son exotérmicas, y cuando absorben grandes cantidades del soluto gaseoso para formar soluciones concentradas, los efectos de la temperatura no se pueden ignorar (Treybal, 1980).

Si la temperatura del líquido aumenta considerablemente mediante la absorción, el equilibrio se verá afectado, (la solubilidad del soluto en el equilibrio se reducirá o requerirá mayores flujos de líquido).

En ocasiones,  para reducir este cambio de temperatura, es necesaria la instalación de espirales de enfriamiento en el absorbedor. Para el caso de la desorción, por ser endotérmica, la temperatura tiende a decrecer.

Metodología

Para abordar el problema,  se inicia realizando un balance de masa global

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Donde:

GN+1: Flujo de gas en la última etapa

GS: Flujo de gas seco

YN+1: Fracción mol en la corriente de entrada

Con este balance, y junto con los datos que nos brinda el problema obtenemos los datos que nos caracterizan todas las corrientes del balance global, exceptuando las temperaturas de las salidas en cima y fondos, para lo que es necesario realizar un balance entálpico

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GN+1: Flujo de gas en la última etapa

G1: Flujo de gas en la cima de la torre

HN+1: Entalpía para la corriente de entrada de gas

h0: Entalpía para la corriente de entrada de líquido

H1: Entalpía para la corriente de salida de gas

HN: Entalpía para la corriente de salida de líquido

QT: Calor eliminado de la torre

Sabiendo que QT:0 y junto con los datos que ya se conocían, se puede evidenciar que se tienen dos incógnitas (H1 y HN )y una única ecuación, por lo que es necesario realizar suposiciones y un proceso iterativo, la corriente para la que es más fácil establecer un rango de temperatura es la corriente de salida del gas, por lo que se supone su temperatura (T1) que se verificará posteriormente, con esta, a partir del balance de masa global, se obtiene una temperatura de salida de líquido (TN) y es posible realizar balances de masa, y energía para el plato 1, y junto con la ecuacIón de la ley de Raoult

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Se obtienen las composiciones y demás características de las corrientes de entrada y salida del plato, lo que permite la caracterización para el plato posterior, y así se continúan los cálculos hacia la parte superior de la torre, hasta que la composición del gas descienda a la que se plantea en el problema, en este punto, es necesario confrontar la temperatura obtenida para la cimas (T1), con la temperatura supuesta inicialmente para así verificar esta suposición, de ser errónea, es necesario suponer una nueva temperatura de salida (T1) y realizar de nuevo el procedimiento.

Adicionalmente se realizan variaciones en las condiciones de trabajo, cambiando temperatura del solvente, presión y porcentaje de recuperación, para observar la manera en que estas afectan nuestra operación, y como se ve favorecida.

Resultados

Se realiza entonces el análisis de las etapas a las condiciones que plantea el problema.

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Tabla 1. Condiciones que da el problema.

Se tienen valores de capacidades caloríficas de cada uno de los componentes que interactúan en el equipo así como las constantes de Antoine para el pentano con las que se determinan las presiones de vapor y determinar las composiciones de equilibrio para cada temperatura de los platos, y se trabaja con una temperatura de referencia de 0ºC. A las condiciones del problema se obtiene un valor para la cantidad de etapas de 3,9. Luego se empiezan a cambiar valores como la presión del sistema (P), la temperatura del solvente que entra (TL0) y el porcentaje de recuperación. Los resultados de la cantidad de etapas se muestran en las gráficas que siguen acompañadas con las tablas que denotan el valor de las etapas a cada cambio de variable.

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