REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR
PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA
ARMADA NACIONAL UNEFA- NCLEO ZULIA LABORATORIO DE OPERACIONES
UNITARIAS II
PRACTICA No 1 DESORCIN EN FASE GASEOSA
Profesor Discentes:Msc Norelis Bello Fernndez B. Andy G.
C.I.V-23.466.960 Gil V. Eduardo Jose C.I.V-23.466.960 Seccin: 07-
IPE-D07
Maracaibo, 03 de Mayo del 2015INTRODUCCIN TERICA
La gran mayora de la materia prima utilizada en la industria
petroqumica se encuentran en forma de mezclas en fase gaseosa,
liquida o solida. Usualmente se ponen en contacto fases de
diferente naturaleza para separar uno de los componentes de la
mezcla original aprovechando diferencias en alguna propiedad en
especial. Las fases en contacto podran ser por ejemplo, gas-solido,
liquido-liquido, entre otras. En tal sentido se debe mencionar que
durante el contacto con las dos fases, los componentes de ellas se
redistribuyen de acuerdo a sus propiedades finalmente las fases se
separan por medios fsicos simples. De esta manera, mediante una
seleccin adecuada de las fases y de lascondiciones de operacin, una
de ellas se enriquece en uno de los componentes, logrando as la
separacin Cabe destacar La desorcin es una operacin unitaria en la
cual se pone en contacto una corriente lquida con una corriente
gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los
componentes de la corriente lquida a la corriente gaseosa. Por
definicin la desorcin es lo contrario a la adsorcin; la eliminacin
de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar
material.
En este orden de ideas se hace necesario mencionar que entre los
procesos industriales en los que se aplica la desorcin estn el
despojamiento (stripping) de fracciones del petrleo (derivados),
por medio de vapor recalentado que no se condensa en el despojador.
Razn por la cual esta operacin unitaria es de gran importancia
dentro de la industria petroqumica. En tal sentido debemos destacar
que normalmente, las operaciones de absorcin, desorcin y
rectificacin se realizan en las denominadas torres o columnas, que
son recipientes cilndricos esbeltos, en posicin vertical y en cuyo
interior se incluyen dispositivos como bandejas o lechos de
relleno. Generalmente, el gas y el lquido fluyen en contracorriente
por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el
contacto entre las fases y el desarrollo de la superficie
interfacial a travs de la cual se producir la transferencia de
materia. Hay una amplia gama de equipos que se han diseado con este
fin, entre los que se encuentran las columnas de platos, las
columnas de relleno, las cajas de aspersin, los separadores de
venturi entre otros. En este caso el objeto de estudio ser la
desorcin de gases ocurrida en una columna empacada de anillos
racking con un dimetro de y la altura del empaque es de 0.85
metros, generalmente estos equipos trabajan a contracorriente.
FUNDAMENTACIN TEORICA
a) Desorcin
La desorcin es una operacin unitaria en la cual se pone en
contacto una corriente lquida con una corriente gaseosa, con el fin
de realizar la transferencia de uno de los componentes de la
corriente lquida a la corriente gaseosa. Por definicin la desorcin
es lo contrario a la adsorcin; la eliminacin de materia desde un
medio adsorbente, usualmente para recuperar material.La desorcin es
la operacin, inversa de la absorcin, en la cual se produce la
extraccin de la fraccin voltil de una disolucin mediante el
contacto del lquido con un gas; la transferencia de masa ocurre
desde el lquido al gas.
Fig. No 1 Proceso de Desorcin
b) Torres empacadas o de rellenoLas torres empacadas, o torres
de relleno, utilizadas para el contacto continuo del lquido y del
gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela,
son columnas verticales que se han llenado con empaque o con
dispositivos de superficie grande. El lquido se distribuye sobre
stos y escurre hacia abajo, a travs del lecho empacado, de tal
forma que expone una gran superficie al contacto con el
gas.Empaque;El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes
caractersticas:1. Proporcionar una superficie interfacial grande
entre el lquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de
volumen de espacio empacado am debe ser grande, pero no en el
sentido microscpico.2. Poseer las caractersticas deseables del
flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen
fraccionario vaco, o fraccin de espacio vaco, en el lecho empacado
debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes
volmenes de fluido a travs de pequeas secciones transversales de la
torre, sin recargo o inundacin; debe ser baja la cada de presin del
gas.3. Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se
estn procesando.4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el
fcil manejo y la instalacin.5. Tener bajo precio.Los empaques son
principalmente de dos tipos, aleatorios y regulares.
c) Columna de platos
Son equipos a contracorriente, en los que el contacto se hace en
discontinuo sobre unos platos que tienen orificios para el paso de
los gases, y un vertedero para transferir el lquido de plato a
plato, de manera que los gases ascienden burbujeando por los
orificios..d) Equipos de absorcin y desorcin
Fig. No 2 Equipos de Absorcin y Desorcin
e) Funcionamiento de las columnas de platos
Fig No 3 Columna de Platos Cada plato constituye una etapa,
puesto que sobre el plato se ponen los fluidos en contacto intimo,
ocurre la difusin interfacial. El nmero de platos tericos o etapas
en equilibrio depende de lo complicado de la separacin. El dimetro
de la torre depende de las cantidades de lquido y gas que fluyen a
travs de la columna por unidad de tiempo. Alta eficacia de
transferencia de materia (depende de la calidad y tiempo de
contacto). El tiempo de contacto depende de la laguna liquida sobre
cada plato la cual debe ser profunda y de velocidades relativamente
elevadas del gas.
f) Funcionamiento de las columnas de burbujeo
Una corriente de gas en forma de pequeas burbujas, es
introducida en el lquido. Si el dimetro del tanque es pequeo, el
burbujeador localizado en el fondo del tanque puede ser un simple
tubo abierto. El propsito del burbujeo es poner en contacto el gas
burbujeado con el lquido. Circulacin de las dos fases en
contracorriente. Se utilizan cuando se requiere una cada de presin
muy baja.
Fig. No 4 Columnas de Burbujeo
g) Funcionamiento de las columnas empacadas Alternativa a las
torres de platos. Variacin contina de la concentracin en toda la
torre. Circulacin de las dos fases en contracorriente. Contienen un
material de soporte (relleno). Alta eficacia de transferencia de
materia (depende de la calidad y tiempo de contacto)
h) Consideraciones del diseo
Especificaciones:
1. Flujo de gas y lquido, composicin, temperatura y presin2.
Grado de separacin deseada3. Seleccin del desorbedor4. Presin y
temperatura de operacin y cada de presin permisible5. Mnima
cantidad de absorbente6. Numero de etapas de equilibrio7. Efectos
del calor8. Equipo requerido9. Altura del desorbedor10. Dimetro del
desorbedor
Fig No 5 Diseo de las torres de relleno
i) Trazado de etapas en el proceso de desorcin En este mtodo se
calculan las etapas de una torre empacada de desorcin donde
interactan y se vinculan la lnea de operacin y la curva de
equilibrio de manera grafica donde la lnea de operacin de ubica por
el rea inferior a la curva de equilibrio, como se puede observar en
la figura No 6.
Figura No 6. Trazado de etapas en el proceso de desorcin
DESCRIPCION DEL EQUIPO
Torre empacada de vidrio borosilicato, equipada con: (a)
manmetro diferencial de agua, (b) rotmetro y (c) tanque para
almacenamiento de agua. Por otro lado, las partes estructurales de
la columna empacada son: Una torre de vidrio borosilicato
envolvente. Esta es una columna cilndrica vertical que contiene un
plato de soporte para todo el material de empaque. Dos aberturas
que conforman la entrada y salida de ambas fases en la parte
inferior y superior de la estructura de vidrio borosilicato. Un
dispositivo de distribucin para la entrada de la fase lquida,
diseado para proporcionar la irrigacin eficaz del empaque, y
colocado en la parte superior de la torre. Recibe el nombre tambin
de "manifold" de entrada de la fase lquida. Anillos raschig de
pulgadas de dimetro y un cm de altura, los cuales conforman el
empaque. Este es un dispositivo para proporcionar una redistribucin
del lquido dentro de la torre, y aumentar el rea de contacto entre
este y la fase gaseosa.
Fig. No 6 Equipo de laboratorio DATOS EXPERIMENTALESSistema 6
H2O-CO2- AireTabla No1 Datos de la titulacin Tiempo (Seg)MuestraVp
(mL)
0m010
180m16
360m25
540m34,2
720m43,5
900m52
QL=0,75 m3/seg Qg=1,45 m3/seg Mo=2,5 mol/L NaOHTabla No 2.
Condiciones de EquilibrioSistema 6CO2
Constante de Henry105
Presin 101.325 kPa
Temperatura25 Centgrados
Tabla No 3. Propiedades de las ComponentesPropiedades Valor
Densidad del Liquido (H20)997 kg/m3
Densidad del Soluto CO21,842 kg/m3
Densidad del Aire1,185413248 kg/m3
Peso Molecular del Agua18 kg/kmol
Peso Molecular del Soluto CO244 kg/kmol
Peso Molecular del Aire29 kg/kmol
Viscosidad del agua8,747x10-4 kg/m.seg
RESULTADOS EXPERIMENTALES
1. Construccin de Curva de Desorcin ( Concentracin Vs
Tiempo)
Tabla No 4. Curva de Desorcin
T( Seg)Mm (mol/L)Mm/Mo
02,5-
1801,50,6
3601,250,5
5401,050,42
7200,8750,35
9000,50,2
Grafica No.1 Curva de Desorcin
2.
Y2Y2.1=0,4849Y2.2=0,6006Y2.3=0,6928Y2.4=0,7725Y2.5=0,9433Relaciones
de Fondo y Tope
Diagrama No 1. Relaciones de Fondo y Tope
X2=0,02597x2=0,02532
Anillos Rashing Diametro= pulg TorreDiamtero= 0,155 mAltura= 1,5
m EmpaqueAltura=0,85 m
L1=XSalX1.1=0,01519X1.2=0,01258X1.3=0,01052X1.4=8,7328x10-3X1.5=4.9449x10-3
Y1=0y1=0
3. Curva de Equilibrio para el sistema
Tabla No 5. Datos de Equilibrio
XY
00
0,0010,1171
0,0030,4578
0,0051,0937
0,0072,7022
4. Construccion de la Linea de Operacin
Tabla No 6. Datos para Construir la curva de equilibrioXY
0,015120,9433
0,012550,7725
0,010550,4578
0,008721,0937
0,004932,7022
7. Determinacin de la velocidad de inundacin del proceso
Ginund TericaGind ExperimentalError
0,08141,33393,89
8. Cantidad mnima de aire requerida
ANLISIS Y DISCUSIN DE LOS RESULTADOS
En cuanto respecta a los anlisis de los resultados de la
presente practica podemos mencionar lo siguiente: En la presente
prctica se trabajo con un ensayo en particular, el cual consta de
varias muestras obtenidas a la salida de una torre de desorcion,
para posteriormente determinar la concentracin de soluto en cada
una de ellas a cierto tiempo, logrando de esta manera construccin
la curva de Concentracin vs Tiempo (Grafica No 1), en la cual se
puede observar una correlacin exponencial con un porcentaje de
error en la curva de 5,1%, adems en la figura No 1. Podemos
observar que la concentracin disminuye con al transcurrir del
tiempo, lo que indica que se llevo a cabo un proceso efectivo de
desorcin por la disminucin de soluto presente en cada muestra.
En cuanto respecta al apartado No 2. de las concentraciones de
tope y fondo en dicha torre de desorcin se determinaron mediante el
uso del balance de masa, donde la concentracin de tope (Y2) se
despeja de dicho balance, obtenindose distintos de Y salida. En el
diagrama No 1 podemos observar que el liquido esta siendo limpiado
por el gas, debido a que la Xentrada son menor a las diferentes
Xsalida.
Por otra parte podemos observar en el grafico No 2 el sistema de
equilibrio liquido/gas se puede analizar que sus fracciones varan
de forma creciente dependiendo del tiempo en cada una de ellas,
debido a que en dicho en proceso se quiere obtener concentraciones
puras del soluto, logrando esto mediante el uso de un gas limpiador
en este caso que nos ocupa el gas es el aire ya que lo disponemos
en la naturaleza sin ningn costo alguno, el cual retira el soluto
del lquido. Para dicho sistema( Sistema No 6 ) se construyo la
curva de equilibrio partiendo de datos los datos obtenidos a partir
de la ecuacin de Henry , valores observados en la Tabla No 5, estos
datos son posteriormente representados grficamente (Grafica 2
sistema de Equilibrio Liquido- Gas ) en el presente grafico
obtuvimos una correlacin polinmica de segn grado con un margen de
error en la curva de 0,9% . En cuanto respecta a la construccin de
la lnea de operacin se obtuvo mediante los datos obtenidos a la
salida del sistema de desercin, en este caso la lnea se ubicado a
cierta distancia de la curva de equilibrio, donde a mayor distancia
de la misma mayor transferencia existir, por lo que dicho proceso
se muestra eficiente. Haciendo referencia al apartado No 5, podemos
afirmar que no se cumple el proceso de absorcin debido que en este
proceso el lquido limpia al gas obtenindose todo lo contrario es
decir el liquido es limpiado por el gas. Para la eficiencia del
proceso mediante los balances de masa dentro de la torre, se
utilizo la altura real de dicha torre con la altura terica, la cual
es obtenida a travs de la ecuacin de colbum como se puede apreciar
en los apndice de este informe, resultando que dicha eficiencia no
es la adecuada posiblemente por la suministracin de datos
experimentales errneos. Por otra parte cabe destacar la velocidad
de inundacin se determino de forma experimental y tericamente,
donde la velocidad experimental se hallaopor medio de la grafica de
lobo, como podemos apreciar en los apndices y en la velocidad
terica a travs de la ecuacin de Leva despejando el Gind y en el
presente apartado pudimos constatar que existe un margen de error
bastante alto , probablemente por los distintos mtodos utilizados.
La cantidad mnima de aire se determino utilizando los balances de
masa o materia, despejando (G/L)= m , destacando que el presente
caso debemos obtener un Ym partiendo de una recta tangente en
nuestro primer punto de operacin con respecto a la curva de
equilibrio, entrando con entrada y posteriormente obtener Gmin,
donde dicho proceso es efectivo dado que este valor resulto menor
que el Gop, lo que demuestra que la desorcin se llevo a cabo en las
condiciones establecidas. CONCLUSIONESEn cuanto respecta a las
conclusiones del presente informe podemos mencionar: Segn establece
la teora se pudo determinar por medio de mtodos experimentales la
obtencin de la curva de Concentracin vs Tiempo, observndose en la
Grafica 1 donde la concentracin disminuye con al trascurrir el
tiempo, lo que indica que se llevo a cabo un proceso de desorcin
que establece por definicin que la desorcin es una operacin
unitaria en la cual se pone en contacto una corriente lquida con
una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de
uno de los componentes de la corriente lquida a la corriente
gaseosa. por la disminucin de soluto presente en cada muestra, al
igual que las distintas concentraciones de tope (Y2) experimentales
en cada tiempo y cada variacin de soluto en el liquido (X1).Para el
sistema liquido/gas obtenido en el presente estudio , sus
relaciones de salida del gas (composiciones) varan de forma
creciente dependiendo del tiempo en cada una de ellas, mientras que
con respecto al liquido disminuyen las relaciones debido a que en
dicho en proceso se quiere obtener concentraciones puras del
soluto, razn por la cual se debe construir donde la curva de
equilibrio a partir de de la ecuacin de Henrry que establece que
y=hx, obteniendo mediante el calculo de las relaciones molares los
valores de X y Y (Grafica 2). Es de importancia destacar que segn
lo que estable la anlisis tericos en el proceso de desorcin la Lnea
de operacin se encuentra por debajo de la curva de equilibrio,
resultando en el caso que nos ocupa el cumplimiento de los
establecimientos tericos; adems se debe mencionar que la lnea de
operacin se encuentra a una distancia considerable a nuestra curva
de equilibrio resultando un proceso eficiente ,debid0o que a mayor
distancia la lnea de operacin de la curva de equilibrio mayor
transferencia existir. En cuanto a la eficiencia del proceso
obtenidos a partir del balance de msa entorno a la columna esta
resulto no ser la adecuada, posiblemente por la suministracin de
datos experimentales errneos. En el caso de la velocidad de
inundacin experimental y terica (Gmin) se puede observar una
apreciable diferencia entre ambos, probablemente por los distintos
mtodos utilizados y por ultimo, la cantidad mnima de aire en este
proceso es efectivo dado que este valor result menor que el Gop,
concluyendo que la desorcion se llevo a cabo de forma efectiva.
APENDICE 1. Construccin de Curva de Desorcin ( Concentracin Vs
Tiempo)
Para poder determinar la concentracin
MpVp= MmVm Despejando
Donde Vp= 10 mL y Mp= 2,5 mol/ L
2. Relaciones de Fondo y de Tope Para el liquido
Donde ; =1.44342kmol/m3
x2=0,02532X2=X2= Para El Gas
Balance general ------------ nSto*Lent=X2Len
Donde Lent=QL*L
Lentrada=L2=0,75 m3 /seg*67,91 kg/m3
L2= 50,9325 kg/Seg
L*= L (1-x2)* 1/PM H2OL*= 50.9325 Kg/seg(1-0,0253) * 1/ 18
kg/kmolL*= 2,7579 kmol/seg
Para el Clculo de G se determina mediante la ecuacin de gases
ideales segn se muestra a continuacin:
Donde:Presin= 1 atmosfera Qg= 1,5 m3/segR : Constante Universal
de los gases= 0,08206 atm*m3/ kmol* KT: Temperatura en Kelvin=
25+273.15=298,15
G=0,06130 kmol/seg
Como Yent= 0 G=G*= 0,06130 Kmol/seg
De la relacin siguiente :
De esta relacin obtenemos Ysal=Y2= 0,4849
Nota: Todas las relaciones de la salida del gas se muestran en
el diagrama No 1. Relaciones de Fondo y Tope
3. Curva de equilibrio
Segn el sistema 6 el valor de la constante de Henry es 105
Entonces tenemos la ecuacin de equilibrio
y=hx donde h=105
En este sentido obtenemos lo siguiente:
Calculo Tpico Para X= 0,001
Y= 0,1171
Los dems valores para la construccin de la curva de equilibrio
se muestran en la Tabla No 5.
4. Construccin de la Lnea de Operacin
En La construccin de la Lnea de Operacin se muestran los datos
en la Tabla No 6. Obtenidos de la salida del liquido y gas del
apartado 2 segn se muestra en el diagrama No1.7. Calculo de la
velocidad de inundacin del proceso Anillo Rasching de pulg
Donde :
Densidad del gas= 1.842 kg/m3Densidad del liquido(H2O) = 997
kg/m3
Por la Fig 6.11 Grafica de Lobo o tambin lo podemos obtener por
la Grafica 6.34 de las coordenadas de Hecker. Figura 6.11 Grafica
de Lobo
De Esta manera obtenemos que Y= 0.025
Donde:g= gravedad m/seg2
(op/E3)= constante para anillo Rasching de pulg
Este valor representa la velocidad de inundacin
experimental.
Para el clculo de la velocidad de inundacin terica tenemos lo
siguiente:De la siguiente tabla se extrae el valor de DeltaP/Z para
el tipo de empaque anillo Rasching de pulg.
DeltaP/Z = 3.5 x x x DeltaP/Z= 2860,18 Pa/mDe la ecuacin de leva
partimos para hallar el valor de Gind terico.
De esta ecuacin obtenemos Gind= 0,081448. Cantidad mnima de aire
requerida
Tabla de Empaques REFERENCIA BILBIOGRAFICAS
1. Perry R.H, Chilton C.H, Manual del Ingeniero Quimico.
McGRAW-HILL.
2. Treybal, Robert E (1996), Operaciones de Transferencia de
Masa. Segunda Edicion. Editorial McGRAW-HILL, Mexico.
3. McCabe-Smith- Harriot (2002), Operaciones Unitarias en
Ingeniera Qumica. Sexta Edicion. Editorial McGRAW-HILL, Mexico
4. - SEADER, J; HENLEY E. Separation process principles.