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3.- En una columna de absorción de platos se tratan 150m3/h de una mezcla amoniaco-aire que entra por el fondo de la columna con una concentración de 3% en volumen de NH3 y sale por la cúspide con una concentración del 0.05% en volumen. La absorción con agua se verifica isotérmicamente a 30°C y 1 atm. La relación de equilibrio para este sistema a concentraciones bajas de amoniaco viene dada por la ecuación y=0.185 x Siendo x e y las fracciones molares del amoniaco en las fases líquida y gaseosa, respectivamente. Calcúlese: a) La cantidad mínima de agua a emplear b) El número de etapas teóricas necesarias si la cantidad de agua empleada es 60% superior a la mínima. Se supone que es un solvente fresco por lo tanto X 0 = 0, se obtiene: a) Para obtener la cantidad mínima de agua a emplear se tiene la siguiente formula: L
G )min
Y (^) n + 1 −Y (^1) Xn ¿ −X (^0) Despejando tenemos que: Lmin=G
Y (^) n+ 1 −Y (^1) Y (^) n+ 1
−X 0 )
Teniendo, además de la Lmin como incógnita, la G. La cual se puede calcular con la ley de los gases, como un gas ideal de acuerdo por las condiciones de trabajo que se indican en el problema:
V =( 150
m 3
h )(^
1 L
1 x 10 − 3 m
3 )=150,^
L
h G=
PV
RT
( 1 atm) (150,
L
h )
(0.^
atm L
mol K )
( 303 K )
mol h Por lo tanto: Lmin=6037. mol h (
− (^0) )
mol h
H 2 O
b) Para obtener el número de etapas teóricas necesarias si la cantidad de agua empleada es 60% superior a la mínima. Usando la relación de equilibrio por la ley de Henry donde H=0.185, obtenemos que:
A=( 1.6) (
L
GH )
[
( 6037.19) ( 0.185) ]
Para calcular el número de etapas teóricas necesarias, se tiene la siguiente formula: n= log [(^ yn+ 1 −H x 0 y 1 −Hx 0 )(^
A− 1
A )
A ] log A n= log [(^
0.0005−(0.185)( 0 ))(^
1.57 ] log 1. =6.89 ≈ 7 etapas
5.8 0.15 0.0038 4.21 x10- 3.2 0.1 0.0021 2.81 x10- 1.2 0.05 0.00079 1.4 x10- 0.5 0.02 0.00032 5.62 x10- a) Para obtener la cantidad mínima de agua a emplear, se usa la siguiente formula: L
G )min
Xn ¿ − 0 X (^) n ¿ =6.6939 x 10 − 3 moles^ SO 2 moles H 2 O Por lo tanto: L
G )min
6.6939 x 10
− 3 =16.^
moles H 2 O moles aire
18 g H 2 O
1 mol aire )(^
1 mol de aire
28.8 g aire )
=70.16 g aire b) La concentración de la disolución que sale por el fondo expresada en porcentaje en peso de SO2. X (^) n=? X (^) n ¿ =6.6939 x 10 − 3 moles^ SO 2 moles H 2 O
X (^) n=0. ( 1 mol H 2 O 0.018 Kg H 2 O )(^ 0.064 Kg SO 2 1 mol SO 2 ) =0.0246 Kg SO 2 % peso= 0.0246 Kg SO 2 0.0246+ 1
