AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA IIDOCENTE: ING. GUIDO R. TICONA OLARTETEMA : INFORME DE PRCTICA DE LABORATORIO

INTEGRANTES: GODOS CHUMACERO INDIRA SILUPU SANDOVAL TANIA GUTIERREZ SANCHEZ ELSA CAROLINA CALDERON CORNEJO WILFREDO

CICLO: 2015-IFECHA DE EJECUCIN: 09/05/2015FECHA DE ENTREGA : 15/05/2015

PRCTICA DE LABORATORIO

I. TTULO:ABSORCIN DE GASES II. OBJETIVOS

Determinar la velocidad de absorcin de en agua. Clculo de las velocidades de flujo de las fases lquidas y gas. Obtener del coeficiente de transferencia de masa. Calcular la altura y el nmero de los elementos de transmisin.

III. FUNDAMENTO TERICO

PRINCIPIOS DE OPERACINLa absorcin es una de las principales operaciones unitarias de transferencia de materia en Ingeniera Qumica que consiste en poner un gas en contacto con un lquido para que ste disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos. La absorcin de gases es una operacin unitaria que consiste en que se van a poner en contacto una mezcla gaseosa con un lquido, denominadoabsorbenteodisolvente, para disolver selectivamente uno o ms componentes, elsolutooabsorbato, por transferencia de materia del gas al lquido.La absorcin puede ser fsica o qumica, segn que el gas se disuelva en el lquido absorbente o reaccione con l dando un nuevo compuesto qumico. En una seccin cualquiera de la columna estn en contacto un gas y un lquido que no estn en equilibrio, por lo que se produce una transferencia de materia. La fuerza impulsora actuante es la diferencia entre la presin parcial en el gas del componente que se transfiere y la presin parcial que tendra el componente en un gas que estuviera en equilibrio con el lquido del punto considerado. Absorcin fsica: no existe reaccin qumica entre el absorbente y el soluto, sucede cuando se utiliza agua o hidrocarburos como disolvente. Absorcin qumica: se da una reaccin qumica en la fase lquida, lo que ayuda a que aumente la velocidad de la absorcin. Es muy til para transformar los componentes nocivos o peligrosos presentes en el gas de entrada en productos inocuos.

Descripcin de la instalacinUn aparato frecuentemente utilizado en absorcin de gases es la torre de relleno. El dispositivo consiste en una torre equipada con una entrada de gas y un espacio de distribucin en la parte inferior, una entrada de lquido y un distribuidor en la parte superior; salidas para el gas y el lquido por cabeza y cola, respectivamente; y una masa soportada de cuerpos slidos inertes que recibe el nombre de relleno de la torre, el cual puede ser cargado al azar en la torre o bien ser colocado ordenadamente a mano. La entrada de lquido se distribuye sobre la parte superior del relleno mediante un distribuidor y, en la operacin ideal, moja uniformemente la superficie del relleno. El gas que contiene el soluto asciende a travs de los hendiduras del relleno en contracorriente con el flujo de lquidos, y as el lquido se enriquece de soluto a medida que desciende por la torre. El relleno proporciona una gran rea de contacto entre el lquido y el gas, favoreciendo as un ntimo contacto entre las fases, y la mayora de los rellenos de torre se construyen con materiales baratos, inertes y ligeramente ligeros, tales como la arcilla, porcelana o diferentes plsticos. A veces se utilizan anillos metlicos de pared delgada, de acero o aluminio. Por ltimo cabe mencionar que el dimetro de una torre de absorcin depende de las cantidades de gas y lquido tratadas, sus propiedades, y la relacin de una corriente a otra, y que la altura de la torre, y por tanto el volumen del relleno, depende de la magnitud de las variaciones de concentracin que se desean y de la velocidad de transferencia de materia por unidad de volumen de relleno.Para implementar un proceso de absorcin eficiente debe considerarse aspectos relacionados con los costos de materiales, las propiedades del gas (solubilidad, volatilidad, densidad, accin corrosiva, toxicidad, etc) del lquido.Los principios comunes para sistemas que involucren la distribucin de un componente entre dos fases son:a) A condiciones fijas, tales como la temperatura y la presin, la Ley de fases de Gibas, establece que existe un conjunto de relaciones de equilibrio que pueden representarse como una curva de equilibrio.b) Cuando el sistema est en equilibrio no hay transferencia de masa neta entre las fases.c) Cuando el sistema no est en equilibrio el componente o los componentes del sistema se transformar de un modo tal que el sistema tienda al equilibrio. En un tiempo largo el sistema alcanzar eventualmente el equilibrio.

Diagrama de flujo

Proceso de lavado de un gas. Absorcin gas-lquido

La operacin inversa se llamadesorcinostripping,aqu el soluto pasa dela corriente lquidaa la gaseosa.Es frecuente que los absorbedores se encuentren acoplados con strippers para poder regenerar y recuperar el disolvente.Si el disolvente es una solucin acuosa al absorbedor se le denomina tambinlavadoroscrubber.

Absorbedor de gas acoplado a una unidad de stripping para recuperacin del disolvente.Las operaciones de absorcin y stripping se suelen llevar a cabo encolumnas de relleno, pero tambin es comn emplearcolumnas de platoso incluso otros equipos como: Torres de spray o de roco: se usan en operaciones a gran escala, normalmente para eliminar algn contaminante de los gases de combustin de centrales trmicas. Resultan aconsejables cuando se precisa una prdida de carga baja y si existen partculas en la corriente de gas entrante. No suele haber relleno en su interior. Absorbedores de pelcula: son tiles en caso de que el calor liberado por la absorcin sea elevado, por lo que se emplea un intercambiador de calor cuya superficie debe ir pegada al lquido. En tanques agitados: la agitacin favorece la reaccin qumica en fase lquida, ya que si se requieren largos tiempos de residencia para que se produzca la reaccin, la absorcin sera inviable de realizar en una columna. Columnas de burbujeo: consiste en una columna parcialmente llena de lquido a travs del cual burbujea el vapor. No se suele utilizar salvo que el soluto tenga una solubilidad muy baja en el disolvente o que se requiera un gran tiempo de residencia para llevar a cabo la reaccin. Contactores centrfugos: se trata de una serie de anillos concntricos estacionarios que engranan con un segundo conjunto de anillos unidos a un plato giratorio. El lquido va pasando de un anillo a otro en sentido descendente mientras que el vapor se puede introducir bien por la parte superior o por la inferior segn se desee tener flujo directo o en contracorriente.

Lavador de gasesEn general para disear o elegir un absorbedor se deben tener en cuenta los siguientes factores:1. La velocidad, composicin, temperatura, y presin del gas entrante a la columna.2. El grado de recuperacin requerido para los solutos.3. La eleccin del disolvente.4. La presin y temperatura de operacin de la columna5. La velocidad mnima del disolvente y la real6. El nmero de etapas de equilibrio7. Los efectos del calor y las necesidades de enfriamiento8. El tipo de absorbedor9. La altura del absorbedor10. El dimetro del absorbedor

Un factor que influye en gran medida en el diseo de la torre de absorcin es eldisolvente. Los disolventes empleados en mayor extensin son: agua, aceites hidrocarbonados y soluciones acuosas cidas o bsicas. Los agentes ms comunes empleados parastrippingson: vapor de agua, aire, gases inertes y gases hidrocarbonados.Laeleccin del disolventeimplica que ste debe ser lo ms compatible posible con el soluto y que las prdidas de disolvente sean mnimas a fin de conseguir un proceso lo ms econmico posible.En una torre de absorcin la corriente de gas entrante a la columna circula en contracorriente con el lquido. El gas asciende como consecuencia de la diferencia de presin entre la entrada y la salida de la columna. El contacto entre las dos fases produce la transferencia del soluto de la fase gaseosa a la fase lquida, debido a que el soluto presenta una mayor afinidad por el disolvente. Se busca que este contacto entre ambas corrientes sea el mximo posible, as como que el tiempo de residencia sea suficientePara favorecer el proceso de absorcin es preciso en principio que lapresinde operacin de la columna sea alta y que latemperaturano sea muy elevada. Sin embargo, en la prctica, debido a que la compresin y la refrigeracin son bastante costosos, lo que se hace es operar a la presin de alimentacin (normalmente mayor que la presin atmosfrica) y a temperatura ambiente.Lo contrario ocurre para la desorcin o stripping donde la temperatura debe ser alta y la presin baja. Pero como el mantenimiento de una columna a vaco es caro, se suele optar por operar los strippers a una presin ligeramente superior a la atmosfrica y la temperatura no debe exceder aquellos valores que den lugar a reacciones qumicas indeseables.En todo proceso de separacin que implica el contacto entre dos fases existe una cierta resistencia a la transferencia de materia por parte de cada fase. Sin embargo y de acuerdo con lateora de la doble pelcula de Whitman, se supone que la interfase entre dos fases fluidas no ofrece ninguna resistencia adicional a la transferencia de materia , y que las fases se encuentran en equilibrio en la interfase. Esta teora es aplicable tanto para flujo laminar como turbulento, aunque la suposicin de equilibrio en la interfase no puede hacerse cuando las velocidades de transferencia de materia sean muy elevadas o si se acumulan espumas en la interfase.La cantidad de soluto absorbido depende del nmero de etapas de equilibrio y delfactor de absorcinA = L/KVpara dicho componente, donde el valor de K puede ser calculado de varias maneras:

-por la ley de Raoult: -por la ley de Raoult modificada: -por la ley de Henry:

Este factor de absorcin,A,se ve afectado por la presin, la temperatura y el flujo de disolvente para una velocidad de gas y un disolvente fijo.Si el valor de A es mayor que 1 se puede alcanzar cualquier grado de absorcin, a medida que A aumenta se requiere un menor nmero de etapas para lograr la absorcin especificada.

Adems, para un buen funcionamiento de la columna es preciso que el disolvente sea estable en las condiciones de operacin dadas, que no sea corrosivo, que no forme espuma y que tenga baja viscosidad para que la prdida de carga sea baja y las velocidades de transferencia de materia y energa elevadas.

Existen diversos procedimientos para calcular el nmero de etapas de una columna de absorcin (o stripping) que se pueden clasificar en mtodos analticos y mtodos grficos. Normalmente se suele emplear el mtodo grfico para obtener el nmero de etapas de equilibrio de una columna de absorcin: Mtodo grfico: es similar al empleado en el caso de la destilacin Mtodo analtico: es til para casos en que ya se especifica el nmero de etapas y lo que se quiere conocer es la cantidad absorbida, o si existe ms de un soluto en la corriente gaseosa. Se basa en una aplicacin de la leyes de Raoult y de Henry.

En el caso de que se desee calcular las caractersticas de una columna de platos o de una columna de relleno se procede de igual manera que lo expuesto para destilacin.

Columna de platos: Dimetro de plato Prdida de carga en el plato Eficacia de plato columna de relleno Dimetro de la columna Altura de la columna

Sin embargo, debido a que es ms habitual el uso de torres de relleno para absorcin o stripping que las columnas de platos, y como en estos equipos no se pueden distinguir fsicamente las etapas, a diferencia de lo que ocurre en las columnas de platos, entonces es ms adecuado hacer el clculo desde el punto de vista de la transferencia de materia. Aunque esto no descarta que las columnas de relleno se sigan analizando como si se tratara de etapas de equilibrio individuales, para ello se define el concepto dealtura equivalente de plato terico:

Esta forma adicional de clculo por elmtodo de los coeficientes de transferencia de materiaes aplicable a las columnas de relleno tanto si estn dedicadas a absorcin como a destilacin.El proceso de absorcin se emplea para retirar contaminantes de una corriente producto que pueden afectar a la especificacin final o grado de pureza. Adems la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeas puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto no interese en ningn sentido.La absorcin se emplea sobre todo para retirar los contaminantes gaseosos de una corriente de gas saliente de un proceso como resultado por ejemplo de una combustin. Tambin se emplea para eliminar olores, humos y otros componentes txicos. Se pueden eliminar contaminantes de la corriente producto como: dixido de azufre, sulfuro de hidrgeno, cido clorhdrico, xidos de nitrgeno, cloro, dixido de carbono, amoniaco, dixido de cloro, cido fluorhdrico, aminas, mercaptanos, xido de etileno, alcoholes, fenol, formaldehido, olores, cido sulfrico, cido actico.Ejemplos de procesos en los que aparecen unidades de absorcin son:- Separacin de los lquidos contenidos en el gas naturalLos lquidos procedentes del gas natural (NGLs) son hidrocarburos lquidos que se recuperan de los gases del gas natural en plantas de proceso. Estos hidrocarburos incluyen: etano, propano, butanos, pentanos y otros componentes ms pesados. Estos lquidos procedentes del gas natural se suelen emplear como alimentacin de plantas petroqumicas y se comercializan como producto lquido separadamente del gas. Para separar los lquidos del gas se siguen distintas tcnicas entre las que se incluye el siguiente proceso:

Absorcin de lean oilEn este proceso el gas natural se pone en contacto con el disolvente, el lean oil en una columna de absorcin a temperatura atmosfrica. Del fondo de la columna sale el rich oil que va a una columna despropanizadora de rich oil (ROD) que separa el propano y los componentes ms ligeros se devuelven a la corriente gaseosa. El resto del rich oil es conducido a una columna de fraccionamiento donde se recuperan por cabeza los lquidos del gas natural y por fondo se obtiene el lean oil que se recicla al absorbedor.Eliminacin de SO2Una de las aplicaciones ms importantes del proceso de absorcin se encuentra en las centrales trmicas para eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida, principalmente el SO2y CO2.Para conseguir la absorcin del dixido de azufre de los gases de escape de una combustin se pueden usar numerosos agentes de absorcin, entre ellos: cal, piedra caliza, xido de magnesio, sosa, agua de mar o lcalis dobles. Posteriormente se puede proceder a la recuperacin del dixido de azufre o del cido sulfrico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desecho.

Eliminacin de SO2y CO2en una central trmica

El dixido de azufre se emplea en lafabricacin de cido sulfrico. El proceso consisteEn una oxidacin del dixido para transformarlo a trixido, ste se absorbe despus en agua para dar lugar al cido. Se debe procurar que la operacin de absorcin sea lo ms eficiente posible para evitar las emisiones de xido sulfrico.Asimismo se emplea la absorcin en ladepuracin del gas de sntesis. Es necesario eliminar de la corriente producto del gas de sntesis los compuestos sulfurados (sulfuro de hidrgeno y sulfuro de carbonilo) y el dixido de carbono presente. La absorcin de los compuestos de azufre puede ser fsica o qumica. En el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o dimetilter, mientras que para la absorcin qumica se utilizan soluciones acuosas de aminas (MEA, DEA). Para la descarbonatacin se procede de igual manera pudiendo uasrse adems una solucin acuosa de carbonato potsico para la absorcin.Otras aplicaciones son:- En el caso de que aparezcaamoniacoen agua, para eliminarlo, el tratamiento a seguir consiste en un stripping con aire. Posteriormente se procede a la recuperacin del amoniaco para poder reutilizar el aire.- Para eliminar losxidos de nitrgenose puede emplear un lavador con agua, esto resulta bastante econmico pero la eficacia no es muy alta. Para mejorar el proceso se pueden introducir determinados productos qumicos para que reaccionen con estos xidos y fijen el nitrgeno en compuestos estables que luego se deben retirar del agua de desecho.- En la fabricacin decido ntricouna de las etapas del proceso consiste en la absorcin de los gases nitrosos en agua para la obtencin del cido.Ventajas y aplicaciones

Uno de los ejemplos tpico es la absorcin de amoniaco contenido en una mezcla con aire, mediante tratamiento con agua lquida. El soluto se puede recuperar posteriormente del lquido por destilacin y el lquido absorbente puede desecharse o bien ser reutilizado. En definitiva, la absorcin gas-lquido se utiliza siempre que tengamos una corriente gaseosa, en la cual haya un componente que queramos eliminar, desde los procesos petroqumicos hasta la purificacin de un residuo gaseoso.

iii. CLCULOS Y RESULTADOS

:Dimetro de la torre, m.

:Flujo molar del aire .

:Moles de en la entrada, .

:Fraccin molar de en la entrada. :Temperatura del gas en la entradas, C.

:Cada de presin en la torre, .

:Presin parcial de a la entrada, atm.

:en el gas de salida, % en volumen.

:Presin parcial de a la salida del gas, atm.

:Fluido lquido, .

:en el lquido de salida, % en peso.

:absorbido, (de la solucin titulada).

:Fraccin molar deen la solucin de salida.

:absorbido, (de la solucin titulada).

: absorbido, (del anlisis del gas). :Temperatura a la salida de la solucin, C.

:Presin parcial del en la solucin de salida, atm (Presin de vapor). :Medida log. de presin. :Tiempo, minutos.

Balance de materia en la torre de absorcin:

(1)Para el gas y el lquido que fluyen en la torre:

(2)Las composiciones de salida varan

Balance para soluto mezclado con el gas inerte

(3)

(flujo a travs de la interfase) (4)Pero tenemos:

(5)

(6)Igualando (4) y (6)

(7)

(8)Integrando en Z y ordenando para soluciones diluidas:

(9)

:Razn molar del soluto en fase gas en lquido con la razn molar global de la fase lquida.

:Altura del relleno de la torre

:Altura de un elemento de transmisin

:Nmero de elementos de transmisin

EXPERIMENTACION EN COLUMNA DE ABSORCION IMPLEMENTADA EN LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS UNPDATOS: TORRE DE ABSORCION Volumen: 1ltP Inicial: 7.2 BarP Final: 4.5 BarP Atmosfrica: 1.01325 barConcentracin de Amoniaco: 28%Volumen de compresor: 37.85ltTemperatura 26C= 299K TITULACIONConcentracin 1: 0.1NConcentracin 2: 0.01NVolumen 2: 200ml Volumen 1: 20mlVolumen de gasto: 15.5ml CALCULOS

Pman(inicial)= 7.2 barPcomp. (inicial) = Pman+ Patm= 7.2 bar + 1.01325 bar= 8.10584 bar= 8.1atm Pman(final)= 4.5 bar Pcomp. (final) = Pman+ Patm= 4.5 bar + 1.01325 bar= 5.4411 bar= 5.44atm

Exp.Tiempo(min)Presin inicial(bar)Presin Final(bar)Agua (L/min)Aire (L/min)L(Kg/min)G(Kg/min)

11.237.24.51lt2.050.08500.048

Graficando los puntos de las fracciones para tener la lnea de operacin junto con el equilibrio se tiene:XY

0.0150.02217

0.0810.17755

0.1510.33281

0.1830.40306

0.2250.50698

0.2450.54250

0.2850.62165

0.3240.70741

0.3530.76656

0.380.84313

00.37

0.210.5

YY*Y-Y*1/Y-Y*PromedioIntervaloIntegral

0.370.000.372.700.520.030.02

0.400.090.313.230.940.020.02

0.420.180.244.170.830.020.02

0.440.240.205.0020.000.061.20

0.500.460.0425.001.25

EVALUACINEXPERIMENTO

17400.716241.41.250.96

IV. TRABAJO EXPERIMENTAL

FLUDOS Y REACTIVOS

Agua helada Aire

Fenolftalena

EQUIPOS Torre de absorcin experimental de 1.20 de altura de relleno Compresor Dispositivo de mezcla de con aire Termmetros Equipo para titulacin Probeta Manmetro