absorción, Apuntes de Ingeniería Química

¡Descarga absorción y más Apuntes en PDF de Ingeniería Química solo en Docsity!

GRADO DE INGENIERÍA QUÍMICA

GRADO DE BIOTECNOLOGÍA

Procesos de Separación

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

Procesos de Separación

Curso 2015-

Tema 2. ABSORCIÓN

Recuperación de CO2 de corrientes de fermentadores

ABSORCIÓN DE GASES

DEFINICIÓN:

Operación de separación mediante la cual se elimina uno o varios componentes

presentes en un gas, mediante un líquido que los retiene selectivamente.

Recuperación de H

2

S de corrientes petrolíferas

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

ABSORCIÓN DE GASES

EQUILIBRIO L-V:

Determina la solubilidad de un soluto en un

disolvente.

A partir de las relaciones de equilibrio básicas:

V i L i V L V L

P

P

T

T

μ μ

μ μ

μμμμ

=

=

====

====

;

;

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

ABSORCIÓN DE GASES

P=20 psia

T=150 ºF

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

DISOLUCIONES ACUOSAS

m=y/x=27 DISOLUCIONES ORGANICAS

ABSORCIÓN DE GASES

TORRE DE PLATOS: Equipos de gas disperso condisposición de múltiple etapa en contracorriente.

Ventajas

Elevado número de etapas, con flexibilidad y

factible intercambio de calor. Desventajas

Alto costo para corrosivos, con elevada

retención de líquido y alta caída de presión en el gas.

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

Gmax/Gmin

ABSORCIÓN DE GASES

TORRE DE PLATOS (Evaluación de variables)

Cálculo del diámetro

Dado por el flujo óptimo de gas evitando la inundación por arrastre y goteo.

 





 

 

 

 

 

 

====

ββββ

ρρρρ

ρ ρ

ρ ρ

αααα

5

.

0

l

v

F

)

/

)(

'

G

/

'

L

(

1

log

C

S.I.

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

Espaciado

Dado por condiciones de construcción y mantenimiento f(D

T

D

T

<1m=>t=0.5 m; 1t=0.6 m; 3t=0.75 m; 4t=0.9 m;

Comprobando en cualquier caso que:

t > 2(

P

ρρρρ

g

+h

w

+resto de pérdidas minoritarias)

Caída de presión

Determinada por la suma de la caída de

presión seca (f(u

2

)) mas la altura de líquido (f(h

w

)) mas la

necesaria para formar burbujas (f(

σσσσ

/d)). Su valor está

limitado en función de la presión: 3 mm Hg para vacío; 5 cmHg par 1 atm.; 10 cm Hg para alta presión.

01173

.

0

t

0744

.

0

++++

====

α α

α α

015

.

0

t

0304

.

0

====

ββββ

S.I.

ABSORCIÓN DE GASES

BALANCES DE MATERIA EN UNA TORRE DE PLATOS (Sección constante, sin reacción):

_(

2

s

m

mol

L

G

L

G

out

out

in

in

s

s

s

s

L

G

L

G

)

/

_(

s

m

moli

x L y G x L y G

o o o o i i i i

++++

====

++++

o i s o s o s i s i s

Y Y L X L Y G X L Y G

Sistema no lineal.

Para linealizar se usan las variables

referidas a no soluto:

((((

) )

) )

((((

))))

x x X y y Y

o

i

Línea de conexión

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

X

i

X

o

X

2

Y

o

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ETAPAS TEÓRICAS

(Método gráfico): Y

o

->L.eq. ->X

1

->Y

2

->X

2

Se interpola la última etapa; ejemplo: 1.8 eta. Teó.

X

1

Y

2

Y

i i o s o s o s i s i s

X X G X L Y G X L Y G

i

o

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ETAPAS REALES

Eficacia global => n

ER

=n

ET

/Eo;

Eficacia Murphree: Generar pseudocurva de equilibrioEjemplo: 6 etapas reales

1

n

n

y

y

++++

1

n

n

y

y

++++

__*

Para un plato

n

cualquiera:

n s o s i s n s

X L Y G X L Y G

++++

====

++++

1

i

n

o

n

s

s

X

X

Y

Y

G

L

−−−−

−−−−

====

Línea de conexión

Línea de operación

ABSORCIÓN DE GASES

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE ETAPASTEÓRICAS (Método algebraico): Si la relación de equilibrio es lineal: Y

i

=mX

i

En el balance para el plato n:

n s n s 1 n s 1 n s

Y G X L Y G X L

−−−−

Pueden sustituirse los valores de X por Y/m:

((((

) )

) )

n s s n s n s 1 n s 1 n s

Y G m / L Y G m

Y L Y G m Y L

++++

−−−−

Definiendo al factor de absorción como: A=(L/G)/my desarrollando desde la etapa

Np

hasta la primera:

1

Np

mX

Y

A

A

Y

Y

++++

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

in

in

in

out

1

Np

1

Np

in

1

Np

1

1

Np

mX

Y

mX

Y

A

A

A

mX

Y

Y

Y

++++

++++

Ecuación de Kremser,

útil para determinar las

etapas ideales

y su dependencia con la fracción

de pérdidas y la cantidad de disolvente utilizadoen el proceso: (ejemplo 1).

Puede calcularse la fracción sin absorber para unnúmero de platos dados

(ejemplo 2).

Establecer la cantidad de disolvente necesariopara un número de etapas dado y una fracciónperdida establecida

(ejemplo 3)

ABSORCIÓN DE GASES

COLUMNA DE RELLENO: En una carcasa cilíndrica, sedispersa un líquido con la ayuda de un relleno sólido.CARACTERÍSTICAS DEL RELLENO: Alta superficie específica.Alto volumen de poros; Químicamente inerte a los fluidos.Estructura física fuerte; Bajo precio por unidad de volumen

VENTAJAS: Alta eficacia con buen relleno. Baja caída dePresión para el gas. Opera con fluidos corrosivos. DESVENTAJAS: Elevado costo para rellenos eficaces. PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

DESVENTAJAS: Elevado costo para rellenos eficaces. Limpieza muy difícil. Mala distribución líquidos

TIPOS DE RELLENO

ABSORCIÓN DE GASES

DIAMETRO DE LA COLUMNA:

Determinado por la velocidad de inundación. La presencia

de líquido incrementa la caída de presión a partir del punto de carga. Mediantecorrelación de numerosos datos experimentales se han obtenido relaciones del tipo: (Leva).

DETERMINACIÓN DE LAS VARIABLES MAS IMPORTANTES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

====

g

o

g

T

fu

VM

D

πρπρπρπρ

4

log(y) = -0.1575log(x)3 - 0.7279log(x)2 - 1.3298log(x) - 1.

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

CAÍDA DE PRESIÓN:

Es muy reducida y se obtiene por interpolación de la gráfica de Leva

*3.28 (m

-

)

ABSORCIÓN DE GASES

BALANCES DE MATERIA EN COLUMNAS DE CONTACTO CONTINUO(C. Directas)

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

ABSORCIÓN DE GASES

Cálculo de la altura en corrientes diluidas (X, Y <5%)

Si la variación de concentración es baja puede asumirse:

Y

y

X

x

cte

G

L

G

L

s

s

Un balance de soluto en el elemento dh:

( (

( (

) )

) )

( (

( (

))))

dh

y

y

a

K

dh

y

y

a

k

Gdy

Gy

d

dN

y

i

y

A

__*

Integrando para toda la columna:

((((

))))

((((

) )

) )

G

G

y

y

i

y

y y

i

y

T

N

H

y

y

dy

a

k

G

y

y

a

k

Gdy

h

1

2

1

2

((((

))))

((((

) )

) )

OG

OG

y

y

y

y y

y

T

N

H

y

y

dy

a

K

G

y

y

a

K

Gdy

h

1

2

1

2

__*

__*

Puede generalizarse para otras unidades y mayores concentraciones:

Equimolecular

Estancado

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

Gas

Líquido

ABSORCIÓN DE GASES

Cálculo de la altura en corrientes concentradas

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN

ABSORCIÓN DE GASES

INTEGRACIÓN NUMERICA DE N

OG

Si la relación de equilibrio es constante: Yi=mXi:Definiendo al factor de absorción :A=(L/G)/m

A

1 A

A

mx

y

mx

y

N

2

2

2

1

OG

ln

H.E.T.P.:

Altura equivalente a un plato teórico

Tiene las mismas aplicaciones que la ecuación de Kremser Altura de relleno necesario para que las corrientes de salida salganen equilibrio (Sólo vale para disposición contracorriente). Permite establecer el cálculo de la altura como el producto delnúmero de etapas teóricas por este valor dado por las casafabricantes del relleno. Aprox.: HETP(pies)=dp(plg).

PROCESOS DE SEPARACIÓN

ABSORCIÓN