absorcio11

MP04 Operacions unitàries en la indústria química U.F.4 Operacions de separación per difusió N.F.3 Absorció, Adsorció i bescanvi iònic

IES Comte de Rius C.F.G.S. QUIMICA INDUSTRIAL

ABSORCIÓ (Versió original de Joan Maria Gavaldà i Víctor Manuel Garcia) ÍNDEX 1- INTRODUCIÓ ............................................................................................................................2

2- PARÀMETRES QUE AFECTEN L'ABSORCIÓ .................................................................3

2.1.Solubilitat dels gasos en els líquids.....................................................................................3

2.2 Transferència de calor en els processos d’absorció ........................................................5

2.3. Pèrdues de pressió ...............................................................................................................5

2.4. Punt d’inundació ....................................................................................................................5

2.6. Concentració ..........................................................................................................................5

2.7. Superfície ...........................................................................................................................6

2.8. Temperatura ......................................................................................................................6

2.9. Líquid absorbent................................................................................................................6

3- BALANÇ DE MATÈRIA ..........................................................................................................6

3.1. Valor límit de L’/G’.............................................................................................................8

4- SISTEMES ABSORCIÓ ..........................................................................................................9

4.1. Al laboratori.......................................................................................................................9

4.2 A la indústria ......................................................................................................................9

4.2.1 Aparells ............................................................................................................ 10

4.2.2 Exemple d’absorció de SH2 .............................................................................. 13

5- PROBLEMES D’ABSORCIÓ ...............................................................................................14

CFGS QUÍMICA INDUSTRIAL MÒDUL 4/UF4 / NF1 ABSORCIÓ

IES- Comte de Rius 2

1- INTRODUCIÓ L’absorció és una operació de separació de transferència de matèria basada en l'equilibri de dues fases immiscibles, una líquida i l’altra gasosa, de procedència diferent (a diferència de la destil·lació). Consisteix en la dissolució d'un gas (ABSORBAT) en un líquid (ABSORBENT), i en alguns casos, la separació de gasos barrejats per absorció d'un d'ells en un líquid (purificació d'un gas). L’absorció pot tenir diferents objectius

• treure algun component indesitjable d’un gas valorat; en aquest cas l’absorció va seguida del procés de desabsorció per tal de recuperar el líquid dissolvent per a una nova utilització

• recuperar un gas valorat en forma de dissolució líquida, sol anar seguit d’una operació de concentració (destil·lació-rectificació)

Figura 1

La operació contraria, eliminació d'un gas dissolt en un líquid, s'anomena desorció, deabsorció o esgotament (stripping) . Aquesta operació de desabsorció es pot considerar com la separació d’un gas d’un líquid en el que estava dissolt mitjançant un altre gas no soluble en el líquid. Encara que l’absorció la definim com una dissolució d’un gas en un líquid, en molts casos, la dissolució física està vinculada a una reacció química. La importància de la relació entre l’operació física i la reacció química, fa que hi hagi un gran nombre de tipus d’absorcions. Un exemple d’absorció amb reacció química és l’absorció de CO2 en una dissolució de NaOH:

OHCONaNaOHCO 2322 2 +→+

En aquest tema ens centrarem només en l’operació física sense tenir en compte la reacció química possible. En posar en contacte les dues fases, el gas, a causa de la seva energia cinètica, bombardeja la superfície del líquid, entrant en ell. Algunes d'aquestes molècules dissoltes poden arribar a la superfície del líquid i retornar a la fase gasosa. A una temperatura i pressió determinades, s'arriba a un equilibri ( on la concentració del gas en ambdues fases roman constant). Arribat aquest punt el líquid estarà saturat i la seva concentració en gas ja no dependrà del temps de contacte.

G0 L0

G1

L1



2- PARÀMETRES QUE AFECTEN L'ABSORCIÓ Els paràmetres que afecten a l’absorció són els següents:

2.1.Solubilitat dels gasos en els líquids Recordem que quan una fase gasosa i una altra líquida estan en equilibri, la pressió parcial del solut en la fase gasosa és igual a la pressió parcial del solut en la fase procedent de la fase líquida. La solució més concentrada que pot produir-se en qualsevol procés d’absorció gasosa en contracorrent és la que correspon a l’equilibri amb la fase gasosa que entra, és a dir, quan la pressió parcial del solut des de la solució és igual a la pressió parcial del solut en la fase gasosa. Una solució d’un gas en un líquid té, a una temperatura i concentració definides, una determinada pressió parcial del gas dissolt . En general, quan més petita és la pressió parcial del gas de la fase gasosa que està en equilibri amb la fase líquida més soluble és el gas en el líquid. Les corbes de solubilitat representen la concentració del gas en el líquid front a la pressió parcial del gas en la fase gasosa en equilibri. Exemple: una dissolució que continga 0,5 g d’oxigen per cada 1000 g d’aigua està en equilibri amb un gas en el que la pressió parcial de l’oxigen és 530 mm Hg. Una altra dissolució que continga 0,5 g de SO2 està amb equilibri amb un gas en el que la pressió parcial del SO2 és de 0,85 mmHg. Podem mirar-ho des d’un altre punt de vista: per a una pressió parcial de 400 mmHg de cada gas (O2 i SO2) a 20ºC trobem que hi ha una concentració en l’aigua de O2 de 0,31 g, en canvi hi ha 60g de SO2.

Figura 2

La solubilitat d’un gas en un líquid depèn de la naturalesa d’ambdós, d’acord amb les estructures moleculars que els constitueixen. Per a cada parella de substàncies la solubilitat ve determinada per la temperatura i la pressió. En general, si augmentem la temperatura disminueix la solubilitat, i si s’augmenta la pressió augmenta la solubilitat.



La solubilitat dels gasos en els líquids segueix la llei de Henry ; en aquest cas la corba de solubilitat és una recta:

H

Px i

i =

Pi: pressió parcial del gas a dissoldre Xi: concentració del component gasos en la fase líquida, expressat en fracció molar (mols gas/mols dissolució) H: constant de Henry que depèn del gas, el líquid i de la temperatura

Quan tenim una barreja de gasos cadascú dels gasos es comporta de forma individual de manera que la solubilitat d’un gas d’una barreja gasosa depèn de la seva pressió parcial i no de la pressió total de la barreja. La següent taula ens dóna la constant H de la llei de Henry per una sèrie de gasos en aigua a diferents temperatures:

Valors de H a vàries temperatures Gasos

Fórmula 0ºC 10ºC 25ºC 50ºC Factor

Aire 4,32 5,49 7,20 9,46 104 Hidrogen H2 5,79 6,36 7,07 7,65 104 Nitrogen N2 5,29 6,68 0,65 11,30 104 Oxigen O2 2,55 3,27 4,38 5,88 104 Anhídre Carbònic CO2 0,73 1,04 1,64 2,83 103 Òxid de carboni CO 3,52 4,42 5,80 7,61 104 Metà CH4 2,24 2,97 4,13 5,77 104 Età C2H6 1,26 1,89 3,02 5,00 104 Etilè C2H4 5,52 7,68 11,40 - 103 Acetilè C2H2 0,72 0,96 1,33 - 103 Àcid sulfhídric H2S 2,68 3,67 5,45 8,84 102 Si els gasos són molt solubles en el líquid o es tracta de gasos ideals es compleix la llei de Raoult segons la qual la pressió parcial del gas dissolt és proporcional a la fracció molar:

i

iiiii P

PxxPP

00 =⇒⋅=

En la següent figura es representa la corba d’equilibri d’un gas qualsevol. El punt A representa les condicions en que es troba dit gas. La pressió parcial del gas és superior a la pressió d’equilibri, per tant, el gas s’absorbirà en el líquid. Tots els punts que es troben per sobre de la línea d’equilibri representen un sistema en els que es realitza la transferència de matèria des de la fase gasosa a la fase líquida (ABSORCIÓ). En canvi, quan les condicions del sistema vinguen representades pel punt B, per sota de la corba d’equilibri, la transferència de matèria es dona des de la fase líquida a la fase gasosa (DESABSORCIÓ).

Figura 3



2.2 Transferència de calor en els processos d’absor ció En general, el procés absorció és exotèrmic, encara que depèn de quina reacció química acompanya a l’operació física. Per afavorir l’absorció cal disposar en l’equip d’un sistema de refrigeració, encara que a la pràctica no sempre es troba present.

2.3. Pèrdues de pressió Tant el líquid descendent com el gas que ascendeix per la columna troben en el seu camí una resistència que es tradueix en una pèrdua de pressió i per tant en una alteració del flux del fluids. Per calcular les pèrdues de pressió s’han de tenir en compte: Tipus de columnes.

Disposició de les campanes. Diàmetre de les perforacions del plats. Les pèrdues són proporcionals al quadrat de la velocitat.

Factors físics: densitat del líquid i el gas i viscositat del líquid.

2.4. Punt d’inundació Les velocitats màssiques dels fluxos, que en sentit contrari circulen per una columna, estan relacionades i d’elles depèn el bon funcionament de la instal·lació. El bon funcionament de la columna d’absorció depèn de la relació de les velocitats màssiques dels fluxos que circulen per la columna en sentit contrari. Si aquesta relació no és l’adequada podem trobar els següents fenòmens.

• Augment del flux de gas mantenint constant el flux del líquid: això pot provocar un abundant escumeig amb l’arrossegament del líquid per part del gas.

• Augment del flux del líquid mantenint constant el flux del gas: això pot provocar una acumulació

de líquid a la part superior de la columna. Existeix, per tant, per cada sistema gas-líquid una parella de valors límits per les velocitats màssiques de tots dos fluxos, que si sobrepassa una d’elles per sobre o per sota d’un valor crític es produeix el fenomen de la inundació. El punt d’inundació en una columna es produeix quan el líquid comença a acumular-se o retrocedir en qualsevol alçada de la columna. Generalment, es determina el flux de líquid absorbent per tractar un flux de gas donat, de forma que no s’arribi a la velocitat d’inundació.

2.6. Concentració En l’equilibri, la pressió parcial del component de referència (gas a absorbir) en la fase gasosa ha de ser igual a la pressió parcial del mateix component en la fase líquida, la qual cosa no significa que la composició de les fases siga la mateixa. Per assolir aquest equilibri cal un íntim contacte entre les dues fases, si bé pràcticament mai s’arriba a assolir-lo En general es fa servir un procés en contracorrent, de forma que es posa en contacte una barreja gasosa sense tractar amb una dissolució que porta ja un cert contingut de sorbat, per tal de que al posar-se en contacte puguin assolir concentracions properes a les d’equilibri. Igualment la barreja de gasos pobre en el component a absorbir es posa en contacte amb el dissolvent pur. La circulació en contracorrent manté la major diferència de concentracions entre les dues fases.



2.7. Superfície Cal assegurar un alt grau de contacte entre el absorbent (líquid) i el absorbat (gas), la qual cosa facilita l’assoliment de l’equilibri.

2.8. Temperatura Cal escollir un temperatura favorable ja que un augment de la temperatura augmenta la difusió de la matèria i disminueix la viscositat del líquid, però també baixa la solubilitat del gas en el líquid. Cal optimitzar la temperatura.

2.9. Líquid absorbent A l’hora de escollir un líquid absorbent cal tenir en compte El seu poder selectiu davant el gas a tractar Baixa viscositat a la temperatura de treball Factor econòmic Facilitat de recuperació Entre els absorbent més utilitzats destaquem l’aigua per les seves propietats i pel factor econòmic. El segueixen en importància l’àcid sulfúric, lleixius, ....

3- BALANÇ DE MATÈRIA Suposem una columna d’absorció de manera que, el procés és continu (no hi ha termes d’acumulació), només hi ha un solut amb concentració superior al 20%, la pressió en el sistema és constant (les pèrdues de pressió són menyspreables) i la temperatura en el sistema és constant. Com que no hi ha reacció química, el terme de generació és nul. La figura 4 mostra una columna d’absorció, on al cap de la columna el corrents tenen el subíndex son 0, perquè és on els corrents contenen menys absorbat, al fons de la columna tenen el subíndex 1, ja que és on més absorbat contenen, i qualsevol zona intermèdia de la columna ve representada sense subíndex.

Figura 4

G1, y1

G’, Y1

L0, x0

L’, X 0 G0, y0

G’, Y0

L1, x1

L’,X 1

L,L’ X,x

G,G’ Y,y,p



I per tant, l’expressió del balanç de matèria seria:

0110 GLGL +=+

0011100 1 yGxLyGxL ⋅+⋅⋅=⋅+⋅

O si necessitarem, com mostra el dibuix, un balanç a una part intermèdia de la columna:

GLGL +=+ 11 Com podem observar, el corrent gasós i el corrent líquid varien d’un extrem a l’altre de la columna. Anomenen inert a la part d’un corrent que no varia d’un extrem a l’altre de la columna. Per exemple: d’un corrent gasós format per aire (nitrogen, oxigen, sobretot) que porta SO2, aquest l’absorbim amb un corrent d’aigua. La part del corrent gasós que no s’absorbeix, o siga, l’aire, és l’inert del corrent gasós. El mateix passaria amb l’aigua; que absorbeix el SO2 però ella roman constant. Així, podem definir: G: quantitat total de gas que passa per la columna G’: quantitat total de gas inert que passa per la columna. Aquest valor és el mateix a l’entrada i a la sortida de la columna. L: quantitat total de líquid que passa per la columna L’ : quantitat total de líquid inert que passa per la columna. Aquest valor roman constant durant tot el procés. Depenent de quines siguen les dades i que es demane calcular, es pot plantejar el balanç en funció del component inert:

( ) ( )0011 11' xLxLL −⋅=−⋅=

( ) ( )0011 11' yGyGG −⋅=−⋅= Anomenem:

0

00 1 y

yY

−=

1

11 1 y

yY

−=

0

00 1 x

xX

−=

1

11 1 x

xX

−=

Com podem observar, les composicions es poden expressar en: y: fracció molar del component que es difon en la fase gasosa

Y: relació molar entre el mols del component que es difon/mols del component inert (kmol solut/kmol inert)

pP

p

y

yY

−−−−====

−−−−====

1; p: pressió del component; P: pressió total

x: fracció molar del component que es difon en la fase aquosa

X: relació molar entre el mols del component que es difon/mols del component inert (kmol solut/ kmol dissolvent)



x

xX

−=

1

Si fem el balanç en funció del flux inert :

1001 '''' Χ⋅+Υ⋅=Χ⋅+Υ⋅ LGLG Un altre terme important és el factor de recuperació que informa sobre la quantitat de solut que es desitja absorbir: Per l’absorció:

1

01

Y

YYR

−=

Per la desorció:

0

10

X

XXR

−=

X0 i Xn representa les composicions del líquid al extrems de la columna Yn i Y0 representen la composició del gas als extrems de la columna Si realitzem un balanç de matèria referit al component a separar, entre una secció qualsevol (sense subíndex a la figura 4) de la torre i la secció inferior, es dedueix que:

( ) ( )Χ−Χ⋅=Υ−Υ⋅ 11 '' LG Reorganitzant els termes arribem a:

( ))'

'11 XX

G

LYY −⋅=−

Aquesta expressió, al diagrama X – Y, representa una recta que passa pel punt (X1;Y1) i té de pendent L’/G’. Si apliquem el mateix balanç a la mateixa secció qualsevol i a la secció superior, obtenim una recta equivalent que passa pel punt (X0;Y0). Per tant, es troba una recta que passa pels punts (X0;Y0) i (X1;Y1) amb una pendent L’/G’, que representa les composicions del gas i del líquid als distints punts de la columna, s’anomena recta d’operació . En general, les composicions del gas i el líquid en la resta de punts de la columna cau per sota de la recta d’operació, si es realitza una absorció. Si el que realitzem és una desabsorció, les composicions cauen per damunt d’aquesta.

3.1. Valor límit de L’/G’ En general ens interessa utilitzar la menor quantitat possible de líquid. Però al ser menor la quantitat de líquid augmentarà la concentració i per tant serà més difícil l’absorció, la qual cosa es traduirà en més temps d’operació i en conseqüència una major alçada de la torre o una recirculació del líquid. Als càlculs d’absorció generalment es coneix:

• La quantitat de gas a tractar • La composició del gas a l’entrada i a la sortida • La composició d’entrada del líquid



No es coneix per tant la quantitat de líquid i la seva concentració de sortida. La composició de sortida del líquid, X1, anirà variant segons quin siga el cabal del líquid d’entrada, L’. El que volem és que X1 siga la composició del líquid que estiga en equilibri amb el gas d’entrada (Y1), que seria el punt on la recta d’operació talla a la corba d’equilibri. D’aquesta manera es determina una recta d’operació en la que la relació L’/G’ , o siga la pendent, és mínima:

01

01

min'

'

XX

YY

G

L

−−

=

Per tant el valor límit de L’/G’ serà la tangent de la recta que passa per (X0,Y0), composició del líquid d’entrada i composició de sortida del gas, i (X1,Y1) la composició del gas a l’entrada i la composició del líquid a la sortida trobat de les corbes d’equilibri.

Figura 5

4- SISTEMES ABSORCIÓ

4.1. Al laboratori Les aplicacions al laboratori són escasses.

− Obtenció d’àcids per bombolleig del corresponent anhídrid en aigua. − Obtenció de l’àcid carbònic a partir d'anhídrid carbònic i aigua. − Obtenció de l’àcid clorhídric a partir de clor (gas) i aigua.

Aparells: torres d'absorció de laboratori per al rentat de gasos, que són de gran eficàcia.

4.2 A la indústria Aplicacions: industrialment, està molt estesa en processos continus de:

− Fabricació d’àcids (clorhídric, sulfúric, nítric, fosfòric). − Fabricació de benzol, acetona, acetilè en acetona, lleixius, naftol. − Aigües gasificades (sifó, gasosa).



− Rentat de gasos, p.ex. eliminació de compostos àcids de gasos com H2S, CO2, SO2. − Assecat de l'aire, per absorció de la humitat en àcid sulfúric. (L'aire i altres gasos contenen petites

quantitats de vapor d'aigua que pertorben certes reaccions químiques, per això, es treu aquesta humitat assecant el gas fent-ho passar, a través de torres de rentat, en contracorrent amb líquids que absorbeixen l’aigua. Per exemple. per eixugar el clor, s'utilitza àcid sulfúric).

4.2.1 Aparells A nivell industrial l’absorció es realitza en la columna d’absorció d’estructura i funcionament similar a les utilitzades en la extracció: columnes buides, de rebliment, de plaques perforades, de plats campana, etc.

Figura 6

Aquestes columnes no necessitaran ni condensador de sortida ni caldera En general les columnes més utilitzades són les columnes plenes de material divers, com coque, peces ceràmiques (anells Rashing, Pall,

muntures Berl), o peces similars construïdes de materials diversos com níquel acer inoxidable, etc. Pel suport del rebliment s’utilitzen peces especials que unides entre elles formen un pis amb el màxim d’àrea

lliure per el pas dels dos fluxos. Les columnes de rebliment s’utilitzen per a materials molt corrosius, per a líquids que produeixen molta escuma, per a torres amb un diàmetre gran o petit que requereixen una caiguda molt baixa de pressió i per a les operacions a petita escala que requereixen columnes amb diàmetre inferior a 0.6 m. El tipus de rebliment es seleccionarà en base a la resistència mecànica i a la corrosió, l’eficiència de transferència de massa i el cost. En canvi, les columnes de plats poden ser preferibles des del punt de vista econòmic per a les operacions a gran escala (donen una eficàcia major) i són necessàries, entre d’altres raons, quan la velocitat del líquid és tan baixa que el rebliment no s’humitejaria adientment (a cabals de líquid petits les de rebliment presenten camins preferents). A més, les columnes de plats estan menys subjectes a l’embrutiment per sòlids que les columnes de rebliment. Alguns dispositius utilitzen mitjans mecànics per a facilitar el contacte entre les fases. Les torres de polvorització són columnes buides en les quals el líquid entra a pressió per un sistema de dutxa, circulant el gas en sentit contrari. La seva construcció és molt senzilla i la pèrdua de càrrega petita, però el cost de manteniment és més elevat a causa de la necessitat de subdividir per mitjans mecànics fins a una mida molt fina el líquid que entra en la torre. En aquestes columnes el gas entra per la part inferior i ascendeix per sortir pel cap de columna, mentre que el líquid es bombeja a la part superior i rellisca pel material de rebliment per efecte de la gravetat, passa els plats o es polvoritzat.



Figura 7

Per tal d’afavorir el contacte suficient entre el líquid i el gas, moltes vegades es necessari recircular les dissolucions obtingudes. Alguns dispositius utilitzen elements de polvorització a diferents alçades i és usual acoblar dos o més columnes en sèrie per augmentar el rendiment de l’operació.

Figura 8

La torre de desorció és idèntica a la d’absorció, però aquesta es veu afavorida si es fa a temperatures elevades i baixes pressions (buit), per que el gas fugi del líquid que el conté. Les columnes d’absorció tenen els corresponents sistemes de mesura i regulació: termòmetres, manòmetres, indicadors de nivell, .. Per la recuperació de les gotes de líquid que puguin arrossegar el gasos es fan circular aquestos per un cicló normalment. Existeixen altres sistemes per realitzar l’absorció:

• Tancs agitats. Els recipients agitats mecànicament es poden utilitzar en els sistemes que incloguin reaccions químiques, en els quals primer s’absorbeix el gas, que després reacciona amb un component en solució. Els tancs agitats són especialment avantatjosos quan hi ha reaccions molt lentes en la fase líquida, que requereixen molt més temps de residència del líquid.

• Torres o cambres de rosada. Actualment s’apliquen a escala comercial per als sistemes

d’eliminació del SO2 presents en els gasos de combustió de la caldera, que surten de les grans centrals de generació d’energia operades amb carbó. En una torre de rosada no hi ha material de rebliment. Els temps de residència de la fase líquida en els absorbidors és molt petit, de l’ordre de 1 a 10 s, a l’igual que els temps de contacte amb el gas. Estan limitats per una absorció relativament fàcil.

• Absorbidors de pel·lícula descendent. Consisteix en fer que el flux de l’absorbent líquid baixi en

forma de pel·lícula dins dels tubs d’un bescanviador de calor el feix del qual està orientat verticalment. El gas d’alimentació es pot introduir per la part superior (flux paral·lel) o pel fons (contracorrent) del bescanviador de calor



Altres sistemes d’un ús més reduït en comparació amb les columnes són els rentadors Ströder i Standard, les bombones de Woulf i les semitòriques del tipus Celarius. Els rentadors son aparells rotatius on el líquid és dispersat de forma que els gasos són forçats a travessar una cortina líquida produïda per ràpid gir d’uns dics (rentador Ströder), o pel lent gir d’unes paletes de gran diàmetre que alternativament s’introdueixen en el líquid contingut en el fons d’un dipòsit cilíndric horitzontal (rentador Standard) . En tots dos casos el dispositiu és un cilindre horitzontal.

Figura 9

Les bombones són encara menys utilitzades. Estan construïdes en gres ceràmic i durant molt de temps van ser molt útils en l’obtenció d’HCl en aigua i en aquells processos on cal una bona refrigeració, per tractar-se d’una absorció fortament exotèrmica.

Figura 10



4.2.2 Exemple d’absorció de SH 2 Un exemple d’absorció és la Unitat d’Amines de les refineries on el SH2 s’elimina mitjançant una neteja en contracorrent amb una solució aquosa de monoetanolamina (MEA) o UCARSOL.

Les corrents gasoses entren a la torre absorbidora por sota del plat inferior i en contracorrent amb MEA procedent de la regeneradora d’amina, s’estableix un íntim contacte entre les dos fases, por el que el SH2 es absorbit per la solució aminica. El gas tractat amb un contingut de ppm de SH2 surt pel cap de la torre.

L’amina enriquida en SH2, surt del fons de la columna i s’envia a la torre regeneradora on el SH2 se separa per arrossegament amb els vapors generats al reboiler. Els vapors que surten pel cap de la regeneradora són parcialment condensats i separats al dipòsit de reflux. Els gasos efluents d’aquest dipòsit amb un 75-80% de SH2 son enviats a la unitat de recuperació de sofre.

Una petita part de la MEA que surt pel fons de la regeneradora s’envia al “reclaimer” , on una injecció periòdica de carbonat sòdic neutralitza els àcids volàtils i una destil·lació simple, mitjançant escalfament amb vapor, separa els productes d’alt pes molecular formats per degradació de la MEA.

La resta de l’amina regenerada, es recicla a l’absorbidor.

Figura 11

Separadorde

gotas

Absorbedor

Regeneradorade

Amina

Acumuladorreflujo

ReboilerRegeneradora

ReclaimerTanque

AlamacenAminas

Gas dulce a Fuel-Gas

Gas ácido a Unidad de Azufre

Gas ácido a antorcha

Gasácido

Aminas



5- PROBLEMES D’ABSORCIÓ 1. Mitjançant les dades de solubilitat de l’amoníac en l’aigua de la taula 1, construir els diagrames

d’equilibri per aquest sistema: a. A la pressió total constant d’una atm i a 0ºC, 20ºC i 60ºC. b. A la temperatura constant de 20ºC i a P=2 atm, P= 4 atm i P= 5 atm

2. Es disposa d’una mescla gasosa amoníac-aire de composició 15% en volum d’amoníac, i es desitja

recuperar el 95% de l’amoníac en una columna d’absorció en contracorrent amb aigua. Calculeu la quantitat mínima d’aigua necessària per 100 mols d’alimentació si l’absorció es verifica en les condicions:

a. 0ºC i una atm b. 20ºC i una atm

R: a) L’ = 46 mols ; b) L’ = 89 mols

3. A una columna d’absorció entren 40 m3/h d’una mescla gasosa de composició 35% en volum d NH3 i 65% en volum d’aire. L’absorció es verifica en contracorrent amb aigua que conté el 2% en pes de NH3 a 20ºC i 1 atm, i s’ha de recuperar el 90% de l’amoníac contingut en la mescla gas. Calculeu la quantitat mínima necessària d’aigua. R: L’ = 34,9 kg/h

4. Una mescla de SO3 i gas de xemeneia conté 12,7% mols de SO3, de manera que aquest s’ha de

recuperar contínuament en una columna de rebliment que opera a pressió atmosfèrica i 43ºC. El cabal de gas que entra és de 1000 m3/h de manera que el gas de sortida només ha de tenir 1,5% en mols de SO3. L’aigua que entrarà pel cap de columna tindrà un 1% mols de SO3 i es subministrarà amb un consum de 28 kmol/h. Calcular totes les variables d’entrada i sortida de la columna d’absorció. R: Go= 34,21 kmol/h ; L1 = 32,39 kmol/h ; x1 = 0,144

5. Es desitja absorbir el 99.5% de l’acetona continguda en una mescla aire-acetona, la concentració inicial

de la qual és del 2% en mols. L’operació es farà en una torre de rebliment amb aigua pura circulant en contracorrent i en règim continu. La mescla gasosa es bombeja per la base de la torre amb un cabal de 454 kg/h i el cabal de líquid és de 46 kmol aigua/hora. Calcular les composicions de les diferents corrents d’entrada i sortida de la columna d’absorció. R: L1= 46,307 kmol/h ; x1 = 0,0066 ; Go = 15,123 kmol/h ; yo = 0,0002



6. En una columna de desorció de rebliment es desitja separar n-butà d’un oli en el qual s’ha dissolt, fent-lo circular en contracorrent amb vapor d’aigua sobreescalfat que s’introduirà per la base de la columna. Les dades de què es disposa són les següents:

a) La concentració de n-butà en l’oli a l’entrada és de 0.077 kg butà/kg mescla b) Es desitja recuperar per desorció el 70% del n-butà contingut en l’oli c) Els cabals de vapor d’aigua i oli (exempt de n-butà) han de ser 25 i 57 Kmol/h d) Pes molecular de l’oli és de 175

Calcula tots els corrents i les seues composicions. R: G0= 25kmol/h; y0= 0; x1= 0,201 ; L1= 71,34 kmol/h ; G1= 35,04kmol/h ; y1= 0,286 ; L0= 61,3 kmol/h; x0= 0,07

7. Es desitja construir una columna de rebliment per a dessorbir amb vapor d’aigua l’hidrocarbur de pes

molecular 80 dissolt en un oli lleuger (PMoli = 200). La mescla hidrocarbur-oli, que s’alimentarà a la columna amb un cabal de 5000 kg/h tindrà un 30% d’hidrocarbur en pes. Aquesta mescla no haurà de tenir més d’un 3% en pes d’hidrocarbur a la sortida de la columna. El cabal d’entrada de gas serà de 79 L/s i la columna operarà a pressió atmosfèrica i a la temperatura de 105ºC i estarà envoltada d’una camisa de vapor i una capa d’aïllant suficients per a garantir que no hi ha condensació de vapor d’aigua a l’interior de la columna. Calcula cabals i composicions d’entrada i sortida de la columna. R: G’=G0= 165,2 kg/h; y0= 0; L0= 3608,2 kg/h ; G1= 1557 kg/h; y1= 0,894

8. Es desitja absorbir CO2 d’una mescla aire-CO2 mitjançant una dissolució diluïda de sosa càustica que

entra a la columna amb un cabal de 14 kmol/min. La mescla gasosa té un 3% molar de CO2 i s’ha de recuperar el 97% del CO2 d’entrada. El cabal de gas és de 141600 L/min a 15ºC i 1 atm. Quina és la concentració de CO2 que sortirà de la columna? Suposar que la sosa càustica té pràcticament les propietats de l’aigua i menysprear l’efecte de la reacció química. R: G1= 6 kmol/min; L1= 14,175 kmol/min; x1= 0,012; G0= 5,825 kmol/min; y0= 0,0017

9. En una fabrica de gas es separen els components lleugers d’aquest mitjançant un rentat amb un oli

adient de pes molecular 260 en una torre d’absorció. Per la base de la columna s’introdueix un cabal de gas de 935 m3/h, mesurats a 800 mm Hg i 27ºC. El gas d’entrada conté un 2% en mols de components lleugers i es pretén recuperar el 95% dels mateixos. L’oli utilitzat com a dissolvent s’introdueix pel cap de la columna amb una concentració 0.5% molar i un cabal de 6.65 kmol oli/h. Calcular la composició de sortida del líquid. R:L1= 7,41 kmol/h; x1= 0,06; G0= 39,24 kmol/h; y0= 0,01

10. Els gasos que surten d’una cambra de combustió contenen un 5% en volum de CO2. Es vol eliminar la

major part del CO2 utilitzant una columna de rebliment fins aconseguir una concentració del 0.03% en volum de CO2. S’utilitza com a dissolvent una solució de MEA (monoetanolamina) lliure de CO2. Es volen tractar 2000 m3/h de gas mesurats a 0ºC i pressió atmosfèrica per a la qual cosa s’utilitzaran 4800 L/h de dissolvent. El pes molecular de la MEA és de 61 g/mol i la densitat de 0,8995 g/cm3. Calcular les composicions d’entrada i sortida de la columna. R: G0= 84,9 kmol/h; L1= 75,2 kmol/h; x1= 0,06

11. Una mescla d’un hidrocarbur i gas de xemeneia amb 15% en mols d’hidrocarbur es tracta en una

columna de rebliment que opera a 1 atmosfera de pressió i a 45ºC. S’han de tractar 1500 m3/h de gas de manera que el gas de sortida només pot tenir 1.3% en mols d’hidrocarbur. L’oli mineral que entrarà pel cap de columna per a verificar l’absorció tindrà 0.8% en mols d’hidrocarbur i es subministrarà amb un gasto de 28 Kmol/h. Calcular les composicions d’entrada i sortida de la columna. R: G0= 49,5 kmol/h; L1= 36 kmol/h; x1= 0,228

12. Es desitja netejar un gas que conté dissolt un 10.3% d’hidrocarbur lleuger per a la qual cosa es recupera contínuament en una columna d’absorció que opera a P = 800 mm Hg i T = 60ºC. El cabal de gas que entra és de 1000 m3/h de manera que el gas de sortida només ha de tenir un 1.2% de mols en hidrocarbur. Pel cap de columna entren 12,2 kmol/h d’oli net d’hidrocarbur. Calcular la raó molar de sortida del líquid. R: G0= 34,9 kmol/h; L1= 15,8 kmol/h ; x1= 0,224



13. Una mescla gasosa a la pressió atmosfèrica normal i a 30ºC conté H2S en proporció tal que la seva pressió parcial és de 300 mmHg en contacte amb aigua. Calculeu la quantitat de H2S que es dissoldrà en 100 Kg d’aigua quan s’obté l’equilibri entre fases. R: 0,1225 kg H2S

14. En les condicions d’equilibri entre l’aigua i el CO2 a 20ºC es troba que la quantitat de CO2 dissolta en

l’aigua és 0,01 g de CO2 / 100 g d’aigua. Calculeu la pressió parcial del CO2 en la fase gas. R: PCO2= 0,058 atm

15. Volem dissoldre O2 en aigua a 20 ºC i amb una pressió de 0,9 atm. Si sabem que la constant de Henry

per l’O2 és de 32,26 atm a aquesta temperatura, quants grams d’O2 es dissoldran en 100 ml d’aigua en aquestes condicions?. R:5,12 g O2

absorcio11

Documents