Absorción de CO2 en columna empacada Laboratorio de Ingeniería III. Alumno: Sepúlveda Pintado Casandra Esther. Clase: Miéroles de ! a "" am. #rupo: $ Pro%esor: &esús 'orres Merino (eha de Entrega: miéroles ") de *tubre del +,"".
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Transcript
empacada
Clase: Miéroles de ! a "" am.
#rupo: $
(eha de Entrega: miéroles ") de *tubre del +,"".
Absorción de CO2 en columna
empacada Problema:
Se desea absorber el 50% de CO2 de una corriente gaseosa aire-CO2 en una columna
empacada con anillos raschig. Para la operación se utilizar monoetanolamina !"#$
al &5% en peso. Calcular:
• #l 'lu(o de solución de "#$ en )*h +ue logre esta separación • #l coe'iciente de trans'erencia de masa global ,.
CO2 aire
$"'! $& 2! &'$
$"! 2&!
esultados:
Cuestionario:
&.- Para cada 'lu(o de solución de "#$ utilizado / mediante un balance de materia:
• #stablezca la ecuación de la lnea de operación.
• Calcule la concentración del l+uido a la salida en relación molar
• 1race la lnea de operación (unto a la cura de e+uilibrio del sistema
*+$
+$
Y=(mol CO2/mol aire)
CO 2 =100−
9.38×100
16.75 =44
2.- 67u3 cambio!s se obsera!n en la lnea de operación al ariar el 'lu(o de
solución de "#$ / cómo se relaciona con el % de CO2 absorbido8
+2 +# +
Y=(mol CO2/mol aire)
Podemos er +ue al ariar el 'lu(o de agua la lnea de operación modi'ica su
pendiente / su ordenada al origen9 esto se debe a +ue la relación de as / li+uido
se e modi'icada9 lo cual ocasiona a su ez +ue se modi'i+ue la composición de la
salida del li+uido.
.- ;e acuerdo a los resultados del punto &9 6;e +u3 depende la composición del
l+uido a la salida de la columna8
;epende de los 'lu(os tanto de l+uido como de gas de entrada / las
composiciones de entrada. #n nuestro caso9 como mantuimos las composiciones
/ 'lu(os de aire iguales9 la composición a la salida dependa del 'lu(o de l+uido.
<.- Calcule la relación )=*= de operación para cada 'lu(o de solución de "#$
utilizado.
La relación se encuen.ra dada por los iner.es ob.eniendo una para cada
lnea de operación+ 0ara la lnea de 2+!" L/h se ob.iene una relación de
$+2 mien.ras -ue para la de & L/h se ob.iene una relación de #+#!+
5.- #n la r'ica &9 indi+ue cul es la 'uerza directora o impulsora de la
trans'erencia de masa.
)a 'uerza impulsora es la di'erencia de concentraciones entre el seno del li+uido /
el gas.
Y=(mol CO2/mol aire)
>.- 6Cul sera el alor m4imo de la concentración del l+uido a la salida8 6#s
posible obtener esta concentración8. #4pli+ue su respuesta.
#l alor m4imo de la concentración puede obtenerse al aumentar el alor de la )9
pero entre ma/or es la )9 ma/or es el rea re+uerida de absorción / la torre tiende
a ser ms alta.
?.- ;esde un punto de ista operatio9 6+u3 signi'ica la relación !)=*=min
#s el alor mnimo de ) +ue podemos tener para cierto alor de dado. #s una
relación molar +ue nos dice la cantidad mnima de li+uido / gas +ue debemos
utilizar para obtener las concentraciones a la salida +ue deseamos.
@.- $ partir de la ecuación de diseAo de un e+uipo de trans'erencia de masa
determine la altura / unidad de trans'erencia para este sistema. #labore una
gr'ica de B1 / 1 contra 'lu(o de solución de "#$ utilizado. r'ica 2. 67u3
comportamiento obsera8.
El 13 4 el 53 son 6alores impor.an.es -ue nos permi.en hacer un
an7lisis de nues.ra columna de absorción+ El 13 disminu4e con8orme el
9u:o es aumen.ado; mien.ras -ue el 53 se compor.a al re6<s+ 0odemos
pensar -ue el 53 aumen.a al aumen.ar la relación L/G debido a -ue ha4
una ma4or can.idad de l-uido absorben.e lo cual ocasiona -ue se re.ire
una ma4or can.idad de con.aminan.e o sus.ancia a separar (ha4 m7s
.rans8erencia de masa aumen.an las unidades); mien.ras es.o aumen.a
la al.ura de la .orre disminu4e debido a -ue ob.enemos una ma4or
.rans8erencia con una menor al.ura+
D.- Calcule el coe'iciente de trans'erencia de masa , / elabore una gr'ica de ,
contra 'lu(o de solución de "#$. r'ica . 6Cul es el comportamiento
obserado8
Para el 'lu(o
.
Eemos +ue el coe'iciente aumenta con'orme aumenta el 'lu(o9 esto se debe a +ue
al aumentar el 'lu(o de l+uido !solución de "#$ aumentamos la trans'erencia de
masa9 aumenta el moimiento o turbulencia / ha/ un ma/or intercambio de
materiaF es por ello +ue el coe'iciente crece.
&0. 6Cul es el 'lu(o de solución de "#$ al &5% +ue produce una separación de
CO2 en la corriente gaseosa del 50%8
#s importante
mencionar +ue la concentración de nuestra solución de "#$ no se encontraba al
&5%9 pero utilizando nuestros datos podemos decir +ue la cantidad re+uerida de
'lu(o sera:
x= 0.5−0.358
Memoria de cálculo, ejemplificado
Primero calculamos la concentración del l+uido a la salidaF se tomar como e(emplo el primer 'lu(o:
− x 1 =
L ' =(
L
G ' = 0.1336
0.0726 =1.84
Gracias a la relación L/G podemos calcular el 6alor a la salida de las
corrien.es?
%CO ¿
28.8
=0.116
0ues.o -ue la relación L/G es molar .enemos -ue .ener .odo en 6alores de
relación molar?
Con es.os 6alores [email protected] ob.enemos el 6alor del 53?
16.13+4∗14.29+2∗13.33+4∗12.5+2∗11.765+4∗11.111+2∗10.53+4∗9.091+2∗9.30 dY A
Y A−Y A ¿=
NUT =∫ Y
NUT =3.475
0odemos ob.ener el lu= 4 el [email protected] de .rans8erencia para nues.ra L?
Gs
' = G
HUT = Gs
Análisis de resultados
solución de "#$. #n nuestro caso9 sólo ariamos el parmetro )9 pero podran realizarse otros e4perimentos en los +ue se ariara la cantidad de gas. $l aumentar la cantidad de l+uido9 la trans'erencia de masa aumentaba9 aumentando con esto el coe'iciente de trans'erencia / la absorción !CO2 absorbido. #stas aseeraciones se en re'le(adas en los alores de B1 / 19 obseramos +ue entre ma/or es el 'lu(o de l+uido ma/or es la trans'erencia de masa !1 ms grande / menor es la altura re+uerida !B1 ms chico.
)as lneas de operación dependen de los alores obtenidos de )*9 si la relación cambia9 la pendiente de la recta tambi3n lo har. $ ma/ores 'lu(os de li+uido9 la recta se pega ms al e(e de las /Gs / la altura re+uerida disminu/e.
Conclusiones
)as columnas empacadas son sistemas +ue permiten la interacción entre una corriente li+uida / una gaseosaF permiten un intercambio en el +ue una corriente se enri+uece de un componente / la otra se empobrece. #n el caso de nuestro e4perimento una corriente gaseosa con CO2 perdió cierta cantidad de dicho gas / una corriente li+uida de solución de "#$ se enri+ueció con dicha substancia.
)a trans'erencia de masa aumenta con'orme aumenta la relación )*9 aumentando tambi3n el coe'iciente de trans'erencia / el 1F esto se debe a +ue al cambiar dicho alor la pendiente de la recta es modi'icada9 cambiando el alor de 1. $l cambiar la cantidad de l+uido +ue entra cambiamos a su ez las condiciones de salida del l+uido +ue se tiene !cambia el alor de la composición.
)a relación )* mnima es un parmetro +ue nos permite conocer el alor mnimo de ) o +ue podemos utilizar para obtener los alores +ue deseamos de composiciónF si tratamos de operar nuestra columna con un alor por deba(o de esta relación9 nuestra columna no 'uncionar como deseamos9 /a +ue nos encontramos limitados por la lnea de e+uilibrio. )as columnas de absorción bsicamente traba(an con el e+uilibrio entre las 'ases / los gradientes de concentración entre el seno del l+uido / el seno del gas. Cuando la concentración ha llegado al e+uilibrio9 no se saldr de 3l a menso +ue se perturbe el sistema !los gradientes de concentraciones son nuestras 'uerzas impulsoras.
Bibliografía & #rnest H. Benle/9 H.;. Seader.. Operaciones de separación por etapas de
e+uilibrio en ingeniera +umica. #diciones epla9 S.$. "34ico ;.I. &DD0
Clase: Miéroles de ! a "" am.
#rupo: $
(eha de Entrega: miéroles ") de *tubre del +,"".
Absorción de CO2 en columna
empacada Problema:
Se desea absorber el 50% de CO2 de una corriente gaseosa aire-CO2 en una columna
empacada con anillos raschig. Para la operación se utilizar monoetanolamina !"#$
al &5% en peso. Calcular:
• #l 'lu(o de solución de "#$ en )*h +ue logre esta separación • #l coe'iciente de trans'erencia de masa global ,.
CO2 aire
$"'! $& 2! &'$
$"! 2&!
esultados:
Cuestionario:
&.- Para cada 'lu(o de solución de "#$ utilizado / mediante un balance de materia:
• #stablezca la ecuación de la lnea de operación.
• Calcule la concentración del l+uido a la salida en relación molar
• 1race la lnea de operación (unto a la cura de e+uilibrio del sistema
*+$
+$
Y=(mol CO2/mol aire)
CO 2 =100−
9.38×100
16.75 =44
2.- 67u3 cambio!s se obsera!n en la lnea de operación al ariar el 'lu(o de
solución de "#$ / cómo se relaciona con el % de CO2 absorbido8
+2 +# +
Y=(mol CO2/mol aire)
Podemos er +ue al ariar el 'lu(o de agua la lnea de operación modi'ica su
pendiente / su ordenada al origen9 esto se debe a +ue la relación de as / li+uido
se e modi'icada9 lo cual ocasiona a su ez +ue se modi'i+ue la composición de la
salida del li+uido.
.- ;e acuerdo a los resultados del punto &9 6;e +u3 depende la composición del
l+uido a la salida de la columna8
;epende de los 'lu(os tanto de l+uido como de gas de entrada / las
composiciones de entrada. #n nuestro caso9 como mantuimos las composiciones
/ 'lu(os de aire iguales9 la composición a la salida dependa del 'lu(o de l+uido.
<.- Calcule la relación )=*= de operación para cada 'lu(o de solución de "#$
utilizado.
La relación se encuen.ra dada por los iner.es ob.eniendo una para cada
lnea de operación+ 0ara la lnea de 2+!" L/h se ob.iene una relación de
$+2 mien.ras -ue para la de & L/h se ob.iene una relación de #+#!+
5.- #n la r'ica &9 indi+ue cul es la 'uerza directora o impulsora de la
trans'erencia de masa.
)a 'uerza impulsora es la di'erencia de concentraciones entre el seno del li+uido /
el gas.
Y=(mol CO2/mol aire)
>.- 6Cul sera el alor m4imo de la concentración del l+uido a la salida8 6#s
posible obtener esta concentración8. #4pli+ue su respuesta.
#l alor m4imo de la concentración puede obtenerse al aumentar el alor de la )9
pero entre ma/or es la )9 ma/or es el rea re+uerida de absorción / la torre tiende
a ser ms alta.
?.- ;esde un punto de ista operatio9 6+u3 signi'ica la relación !)=*=min
#s el alor mnimo de ) +ue podemos tener para cierto alor de dado. #s una
relación molar +ue nos dice la cantidad mnima de li+uido / gas +ue debemos
utilizar para obtener las concentraciones a la salida +ue deseamos.
@.- $ partir de la ecuación de diseAo de un e+uipo de trans'erencia de masa
determine la altura / unidad de trans'erencia para este sistema. #labore una
gr'ica de B1 / 1 contra 'lu(o de solución de "#$ utilizado. r'ica 2. 67u3
comportamiento obsera8.
El 13 4 el 53 son 6alores impor.an.es -ue nos permi.en hacer un
an7lisis de nues.ra columna de absorción+ El 13 disminu4e con8orme el
9u:o es aumen.ado; mien.ras -ue el 53 se compor.a al re6<s+ 0odemos
pensar -ue el 53 aumen.a al aumen.ar la relación L/G debido a -ue ha4
una ma4or can.idad de l-uido absorben.e lo cual ocasiona -ue se re.ire
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.rans8erencia de masa aumen.an las unidades); mien.ras es.o aumen.a
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D.- Calcule el coe'iciente de trans'erencia de masa , / elabore una gr'ica de ,
contra 'lu(o de solución de "#$. r'ica . 6Cul es el comportamiento
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Para el 'lu(o
.
Eemos +ue el coe'iciente aumenta con'orme aumenta el 'lu(o9 esto se debe a +ue
al aumentar el 'lu(o de l+uido !solución de "#$ aumentamos la trans'erencia de
masa9 aumenta el moimiento o turbulencia / ha/ un ma/or intercambio de
materiaF es por ello +ue el coe'iciente crece.
&0. 6Cul es el 'lu(o de solución de "#$ al &5% +ue produce una separación de
CO2 en la corriente gaseosa del 50%8
#s importante
mencionar +ue la concentración de nuestra solución de "#$ no se encontraba al
&5%9 pero utilizando nuestros datos podemos decir +ue la cantidad re+uerida de
'lu(o sera:
x= 0.5−0.358
Memoria de cálculo, ejemplificado
Primero calculamos la concentración del l+uido a la salidaF se tomar como e(emplo el primer 'lu(o:
− x 1 =
L ' =(
L
G ' = 0.1336
0.0726 =1.84
Gracias a la relación L/G podemos calcular el 6alor a la salida de las
corrien.es?
%CO ¿
28.8
=0.116
0ues.o -ue la relación L/G es molar .enemos -ue .ener .odo en 6alores de
relación molar?
Con es.os 6alores [email protected] ob.enemos el 6alor del 53?
16.13+4∗14.29+2∗13.33+4∗12.5+2∗11.765+4∗11.111+2∗10.53+4∗9.091+2∗9.30 dY A
Y A−Y A ¿=
NUT =∫ Y
NUT =3.475
0odemos ob.ener el lu= 4 el [email protected] de .rans8erencia para nues.ra L?
Gs
' = G
HUT = Gs
Análisis de resultados
solución de "#$. #n nuestro caso9 sólo ariamos el parmetro )9 pero podran realizarse otros e4perimentos en los +ue se ariara la cantidad de gas. $l aumentar la cantidad de l+uido9 la trans'erencia de masa aumentaba9 aumentando con esto el coe'iciente de trans'erencia / la absorción !CO2 absorbido. #stas aseeraciones se en re'le(adas en los alores de B1 / 19 obseramos +ue entre ma/or es el 'lu(o de l+uido ma/or es la trans'erencia de masa !1 ms grande / menor es la altura re+uerida !B1 ms chico.
)as lneas de operación dependen de los alores obtenidos de )*9 si la relación cambia9 la pendiente de la recta tambi3n lo har. $ ma/ores 'lu(os de li+uido9 la recta se pega ms al e(e de las /Gs / la altura re+uerida disminu/e.
Conclusiones
)as columnas empacadas son sistemas +ue permiten la interacción entre una corriente li+uida / una gaseosaF permiten un intercambio en el +ue una corriente se enri+uece de un componente / la otra se empobrece. #n el caso de nuestro e4perimento una corriente gaseosa con CO2 perdió cierta cantidad de dicho gas / una corriente li+uida de solución de "#$ se enri+ueció con dicha substancia.
)a trans'erencia de masa aumenta con'orme aumenta la relación )*9 aumentando tambi3n el coe'iciente de trans'erencia / el 1F esto se debe a +ue al cambiar dicho alor la pendiente de la recta es modi'icada9 cambiando el alor de 1. $l cambiar la cantidad de l+uido +ue entra cambiamos a su ez las condiciones de salida del l+uido +ue se tiene !cambia el alor de la composición.
)a relación )* mnima es un parmetro +ue nos permite conocer el alor mnimo de ) o +ue podemos utilizar para obtener los alores +ue deseamos de composiciónF si tratamos de operar nuestra columna con un alor por deba(o de esta relación9 nuestra columna no 'uncionar como deseamos9 /a +ue nos encontramos limitados por la lnea de e+uilibrio. )as columnas de absorción bsicamente traba(an con el e+uilibrio entre las 'ases / los gradientes de concentración entre el seno del l+uido / el seno del gas. Cuando la concentración ha llegado al e+uilibrio9 no se saldr de 3l a menso +ue se perturbe el sistema !los gradientes de concentraciones son nuestras 'uerzas impulsoras.
Bibliografía & #rnest H. Benle/9 H.;. Seader.. Operaciones de separación por etapas de
e+uilibrio en ingeniera +umica. #diciones epla9 S.$. "34ico ;.I. &DD0
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