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Absorción en torre de platos
Informe: Asignación Hysys
Fredy Martin Ochoa Mayorga1 Diana Peñaloza García2 Jahir Pardo Torres3 Keyla María Solana Lambraño4 Luz Yaneida Jaimes Ortiz5 Jhon Jairo Díaz Fontecha6 Carmen Sofía Silva7
Katherine Rodríguez Rodríguez8
Estudiantes de Ing. Química Universidad Industrial De Santander. Códigos: 12083780 22083680
32073785 42083415 52094041 62073728 72013462 82093112
Resumen
En el presente trabajo se simulo mediante el programa Aspen Hysys el comportamiento
de una torre de absorción para purificar una corriente gaseosa conta
minada con SO2, utilizando como solvente agua; a su vez se analizaron los diferentes
factores que pudieran afectar este proceso. Para ello se seleccionó el paquete
termodinámico que mejor se ajustó a las condiciones de operación y el comportamiento
químico de los compuestos involucrados teniendo en cuenta que el gas reacciona con el
agua para formar una solución acuosa acida.
Introducción
La operación de absorción es muy
importante en la industria química que
utiliza sus principios para obtener
compuesto de interés o para eliminar
compuestos que al entrar en contacto de
este informe es con la atmosfera o de
forma general con el entorno donde
opera ocasionan daños.
Cabe recalcar que lo importante de esta
operación es el equilibrio que existe
entre las dos fases así como la afinidad
que hay entre los compuestos.
También se menciona la importancia que
tienen los diversos factores que puedan
afectar la eficiencia del proceso tales
como la variación del flujo de solvente, su
composición, la temperatura, tipos de
empaque Y el número de platos
En síntesis el objetivo es diseñar una
torre de platos para poder aplicar ciertas
variaciones que permitirán obtener, el
mejor arreglo que optimice la operación
que se analiza atravez de la simulación.
Fundamentos teóricos
Columna de absorción en platos
La absorción de gases es una operación
unitaria por la que los componentes
solubles de una mezcla gaseosa se
disuelven en un líquido.
El diseño de columnas de platos para
operaciones de absorción o desorción se
basa en muchos de los principios
utilizados en los cálculos de operaciones
de rectificación, tales como la
determinación del número de platos
teóricos necesario para conseguir un
cambio de composición especificado.
Estas columnas pueden resultar
económicamente preferibles para
operaciones en gran escala, pueden
presentar mejor “relación de flujo
descendente” y están menos sujetas a
ensuciamiento por sólidos que las
columnas de relleno.
Efectos térmicos en la absorción de
gases.
Una de las consideraciones más
importantes para la operación de las
columnas de absorción gas-líquidos se
refiere a la posible variación de la
temperatura a lo largo de la columna,
debido a efectos térmicos, pues la
solubilidad del gas a absorber,
normalmente depende fuertemente de la
temperatura. Los efectos térmicos que
pueden producir variaciones de la
temperatura a lo largo de la columna de
absorción se deben a:
El calor de disolución del soluto
(incluyendo calor de condensación,
calor de mezcla y calor de reacción)
que puede dar lugar a la elevación de
la temperatura del líquido.
El calor de vaporización o
condensación del disolvente.
El intercambio de calor sensible entre
las fases gas-líquido.
La pérdida de calor sensible desde
los fluidos hacia los dispositivos de
enfriamiento interiores o exteriores o
a la atmósfera a través de las
paredes de la columna.
Selección del modelo termodinámico
En el tratamiento de simulación mediante
herramientas de análisis podemos
aproximar por medio de un modelo
matemático. La ecuación Sour PR
combina la ecuación Peng-Robinson y el
método API-Sour de Wilson para
manejar sistemas ácidos acuosos. Para
el cálculo de las fugacidades y entalpías
de las fases líquido y vapor en
hidrocarburos usa la ecuación de Peng-
Robinson. Los valores de las constantes
de equilibrio para la fase acuosa se
calculan con el método API-Sour de
Wilson. Este modelo puede usarse en
columnas que tratan crudo o cualquier
proceso donde se encuentren
hidrocarburos, gases ácidos y agua.
De acuerdo a la reacción entre el SO2 y
el agua dentro de análisis de absorción
en la columna se puede determinar el
comportamiento del sistema, mediante el
paquete termodinámico SOUR PR ya
que de esta reacción se obtiene una
solución ácida, la cual nos permite la
facilidad del análisis de las variables
estudiadas por medio de la herramienta
de aspen Hysys.
Para lograr obtener el análisis de las
posibles variaciones se realizó una
simulación en ASPEN HYSYS teniendo
en cuenta los diversos factores que
puedan afectar los resultados tales como
la elección de los compuestos, el
paquete termodinámico y el diagrama de
flujo correcto la cual se muestra a
continuación.
METODOLOGÍA
Al entrar al entorno de Hysys lo primero
a realizar es la elección de los
compuestos que se van a trabajar en la
simulación
Una vez hecho lo anterior se selecciona
el paquete termodinámico para el caso
de estudio y según la literatura
consultada será SOUR PR
Posteriormente se realiza el montaje que
se muestra enseguida:
Ahora se selecciona cada corriente para
modificar nombre flujo y composición es
decir condiciones de entrada
Una vez hecho lo anterior pasamos a
definir las condiciones de operación de la
torre
Primero introducimos el número de
platos y la eficiencia de cada uno de ellos
Segundo especificamos la presión de
operación de la torre.
Por último se introduce la temperatura
Al terminar de definir las anteriores
condiciones podemos ejecutar la
simulación para realizar el análisis de
datos.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. Se determinó cómo afecta la
variación del número de platos a la composición de SO2 a la salida del sistema de absorción.
Tabla 1. Variación del número de platos
Tabla 2. Variación de la temperatura
Grafica 1. Variación de la composición de SO2
2. Al graficar cómo afecta la variación de temperatura del agua en la entrada del sistema la composición del SO2 de salida, desde 40°C hasta la T de operación del reactor. Se encontró el ajuste matemático para los datos graficados
TEMPERATURA Y X
25 0,2041 0,0179
27 0,2079 0,0172
29 0,2114 0,0165
31 0,2145 0,0158
33 0,2173 0,0152
35 0,2197 0,0146
37 0,2218 0,0142
39 0,2236 0,0136
40 0,2245 0,0133
y = -4E-05x2 + 0,004x + 0,1288R² = 1
y = 5E-06x2 - 0,0006x + 0,0301R² = 0,9992
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 20 40 60
frac
cio
n
TEMPERATURAY X
Polinómica (Y) Polinómica (X )
3. Graficar cómo es la variación del flujo másico de SO2 a la salida de cada plato.
Tabla. 3 Flujo másico fase liquida
Tabla 4. Flujo másico fase gaseosa
Grafico 3. Variación del flujo másico
4. Graficar cómo afecta la variación del flujo del líquido (agua) en la concentración de SO2 a la salida de la corriente gaseosa, y determinar cuál sería el mejor ajuste matemático para describir este comportamiento.
5. Determinar cuál es el valor de flujo de líquido a emplear para reducir hasta 0.05 la fracción molar del SO2 en la salida de la corriente gaseosa.
Al solucionar el anterior modelo
matemático se obtiene
y = 1E-10x2 - 7E-06x + 0,2878;
0,05= 1E-10x2 - 7E-06x + 0,2878;
Despejando x=33971,4 [Kg/h] de
agua sin embargo; en HYSYS se
obtiene que el valor para que se
cumpla la condición es necesario
32500[Kg/h] agua.
6. Establecer cuál sería la altura y el diámetro de la torre si cambia de platos a lecho empacado. (debe seleccionar mínimo 2 tipos de empaques diferentes).
Column Geometry
Section Diameter m
0,7620
X-Sectional Area
0,4560
Section Height
6,913
Tabla 6. Empaques súper intalox cerámica de 2in
Tabla 7. Empaque rasching rings cerámicos 0.5 in
CONCLUSIONES
En la absorción lo ideal sería
lograr extraer la mayor cantidad
posible de soluto presente que
contamina el producto deseado
sin embargo en la realidad esto
significaría torres de demasiado
altas que aumenta los costos de
operación. Analizando la gráfica 1
se puede evidenciar que el
número de platos óptimo para
lograr un absorción significativa
estaría entre 10 – 15 platos ya que
después de esta cantidad no se
observa una variación importante
en el comportamiento de la
absorción.
La solubilidad en la absorción es
un una propiedad importante a
estudiar ya que esta determina
que porcentaje del soluto se
disuelve en un solvente sin
embargo se debe tener en cuenta
la influencia de la temperatura.
Analizando el comportamiento de
esta propiedad evidenciado en la
gráfica 2 el cual permitió
demostrar que la solubilidad
disminuye al aumentar la
temperatura.
En la absorción se espera que
ocurra un cambio en la
concentración de soluto en la
corriente que se desea limpiar, en
la gráfica 3 se muestra la
variación del flujo másico del SO2
en fase gaseosa como en liquida
para cada plato lo cual demuestra
que la absorción es efectiva con el
solvente; de ahí que la
concentración en el líquido
COLUMN GEOMETRY
Section Diameter m 1,524
x-Sectional Area 1,824
Section Height m 8,511
aumento del plato 1 al 15 y asi
mismo la concentración de SO2
en el gas disminuyo del plato 15
al 1.
La desventaja de la absorción es
el uso de un solvente que se usa
para retirar el contaminante de la
corriente a purificar, en muchos
casos este solvente puede ser
costoso y generar impactos
negativos al ambiente; para este
caso el solvente forma una
solución acuosa acida con el
soluto extraído, además de
necesitar una cantidad alta de
agua lo cual no es lo más
recomendado en la industria.
Teniendo en cuenta los análisis
mostrados en el punto 5 del
desarrollo del problema podemos
sugerir un solvente con mayor
afinidad hacia el soluto o buscar
en la literatura un método más
efectivo para extraer el
contaminante.
Considerando los dos tipos de
empaques se puede notar que
Para empaques super intalox
cerámica de 2in diámetro nominal
se obtiene una altura menor
comparada con la del empaque
raschig rings cerámicos de 0,5in
de diámetro por lo tanto se puede
sugerir los primeros ya que son
mas efectivos reduciendo los
costos y facilitando la operación
de la torre.
Referencias Bibliográficas
www.ing.unlp.edu.ar/.../Seleccion
ModelosTermodinamicos_UniSim
.doc.
TREYBAL, Robert. Operaciones
de transferencias de Masa.
Segunda. Edición. México.
Editorial Mc. Graw Hill. 1988.
[Naissa, Carrillo] Análisis de
prefectibilidad técnica para la
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- Henley, Seader, “Operaciones de
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en Ingeniería Química”, 1988,
Ed.Reverté SA
- Suppes, “Selecting Thermodynamic
Models for Process Simulation of
Organic VLE and LLE Systems”,
http://students.aiche.org/pdfs/thermo
dynamics.pdf
- UniSim Thermo Reference Guide
“COMThermo - Reference Guide”,
Hydroprotech, 2002 C. M. Sheppard,
Chemical Engineering Department,
University of Tulsa