UNI-FIQT

PI 144 A/B. PERÍODO: 2015-1

PROBLEMAS DE EQUIPOS DE TRANSFERENCIA DE MASA 1. Se desea remover NH3 del aire por contacto con agua en una columna empacada con

sillas (monturas) Berl de 1/4". El gas de entrada contiene 4% molar de NH3 y fluye a

20 kmol/h. Se eliminará el 92% de NH3 del aire. El flujo de agua de entrada es de 80

kmol/h. La absorción se lleva a cabo a 1 atm y 20 °C.

a. Hallar el diámetro de la torre, si se desea trabajar con un flujo de gas que sea el

70% del flujo de gas de inundación.

b. Hallar la caída de presión para una altura de 12 m. de empaque.

c. Hallar el flujo de líquido de inundación.

2. Se está efectuando la absorción de amoniaco en una torre de relleno, donde se emplea

agua sin amoniaco a 25 ºC y presión de 1,0 atm abs. El flujo másico del gas que entra

por el fondo de la torre es de 1440 lb/h (653,2 kg/h) y contiene 3,0% mol de

amoniaco en aire. El diseño del proceso especifica una relación de flujo entre las

masas de líquido y gas L/G de 2/1, y el uso de anillos Pall metálicos de 1 pulgada.

Considere las propiedades físicas del líquido iguales a las del agua, y las propiedades

físicas del gas iguales a las del aire. Calcule la caída de presión en el empaque y el

flujo másico del gas de inundación.

3.1 Se propone usar una columna empacada con anillos Raschig cerámicos de 1” para

recuperar etanol desde una corriente gaseosa aire-etanol correspondiente a un flujo

total de 1 000 pie3/min (medido a 40 ºC, 1 atm, que son las condiciones de

operación). Esta mezcla gaseosa contiene 0,142 fracción molar de etanol. En el tope

de esta columna se alimenta agua conteniendo 0,3% en peso de etanol. La

recuperación de etanol en esta columna es del 98%.

Asumiendo una operación isotérmica, con una relación molar de aire puro a agua

pura (Gs/Ls), la cual es un valor constante (en cualquier punto de la torre) de 0,7. El

flujo del gas corresponde al 70% del valor de inundación. ¿Cuál es el diámetro de la

columna? ¿Cuál es el valor de caída de presión en N/m2/m relleno?

La viscosidad de la solución líquida (alcohólica) es dada en la siguiente tabla a 40

ºC:

% etanol volumen 0 1 29 59 89 99 100

μL, centipoises 1,045 1,1 2,62 3,0 1,86 1,3 1,24

ρ etanol puro = 0,789 g/cm3

Considerar que la densidad de la solución líquida a 40 ºC varía linealmente: ρ = 1,0

g/cm3, para agua pura; ρ = 0,939 g/cm

3 para una solución líquida de 0,207 fracc mol

de etanol.

4. Se va a remover SO2 del aire poniendo en contacto esta mezcla con agua pura dentro

de una columna empacada con sillas Berl de cerámica de ¾”. El gas de entrada

contiene 10% mol de SO2. El agua pura entra a un régimen de 20,3 kmol/h y el gas

lo hace a 2,26 kmol/h. Se desea eliminar el 95% del SO2. La columna operará a 10

ºC y a una presión absoluta de 2 atm.

a. Determine el diámetro de la columna al 70% de inundación

b. Calcule la caída de presión a través de la columna si la altura de empaque es de

100 pies.

5. Una planta química tiene una columna de absorción empacada que trabaja con una

corriente de aire-NH3 al 2 % en volumen a razón de 240 lb/(h. pie2) a 68 °F y 1 atm.

Se emplea agua pura a un flujo de 240 lb/(h. pie2) para que el contenido de NH3 en la

corriente gaseosa que sale sea de 0,5% molar.

El relleno utilizado es monturas Intalox cerámicas de 1 pulgada.

El sistema sigue la ley de Henry: y* = H x, siendo y* la fracción molar de amoniaco

en la fase gaseosa, x la fracción molar de NH3 en la fase líquida y H la constante de

la ley de Henry igual a 2,7.

Para este sistema, a estas condiciones se puede considerar que el coeficiente global

de transferencia de masa KGa = 4 lbmol/(h. pie3. atm)

Debido a una modificación realizada en la planta, se genera una segunda corriente de

gas cuyo flujo es de 60 lb/(h. pie2), con una composición 1,2% molar de NH3, la cual

también se encuentra a 68 ºF y 1 atm.

Se desea evaluar la posibilidad de introducir (por separado) las dos corrientes

gaseosas a la columna empacada mencionada. ¿Es factible realizar la absorción de

NH3 con las dos corrientes gaseosas alimentadas (por separado) a la columna? En

caso de respuesta afirmativa, ¿qué altura del relleno tendría cada zona de la

columna? En caso de respuesta negativa, indicar que problema impide tratar las dos

corrientes en una sola columna (la existente). Responder sustentando con los cálculos

respectivos.

6.1 Una torre empacada de anillos Raschig de 1" se usará para absorber NH3 de aire

poniendo en contacto la corriente gaseosa con agua. El flujo de gas de entrada es de

40 lb mol/h y contiene 5% de NH3. Se removerá 90% del NH3 del aire. La cantidad

de agua de entrada es de 3 200 lb/h. La absorción se realiza a una presión total de 1

atm y 20 °C. Calcule el diámetro de la torre para un 70% de inundación. Determine

la caída de presión por pie de empaque.

7. Usted está planeando eliminar el dióxido de carbono que se encuentra presente en una

corriente gaseosa (gas natural) cuyo flujo es 23 libras/s, mediante absorción en

dietilamina acuosa que actúa como solvente, la cual fluye a razón de 40 libras/s. Ud.

quiere utilizar el mejor de los siguientes dos rellenos: anillos Raschig cerámicos de 1

pulgada o anillos Pall cuyo material es un plástico polimérico de 1 pulgada. En

cualquier caso, usted quiere diseñar la columna para una caída de presión de 0,25

pulgadas H2O/pie de relleno, de manera que se reduzca al mínimo la formación de

espuma. Bajo las condiciones de operación, las densidades del gas y el líquido son

2,8 y 63 libras/pie3, respectivamente la viscosidad del líquido es 2 centipoises. ¿Cuál

debe ser el diámetro de la torre?

DISEÑO DE COLUMNAS DE PLATOS

1 En una columna de destilación se está fraccionando una mezcla benceno-tolueno.

Algunos valores reportados para el fondo (último plato) y tope (primer plato) de la

columna son dados a continuación:

PARAMETRO TOPE FONDO

Flujo de líquido, kg/h 42 000 72 000

Flujo de vapor, kg/h 54 000 54 000

Densidad del líquido, kg/m3 810,6 783,4

Densidad del vapor, kg/m3 2,68 2,93

Tensión superficial, dinas/cm 20 20

Temperatura, ºC 82 110

Presión, atm 1 ?

Espaciado de platos, cm 45,7 45,7

Área total del plato, m2 7,47 8,5

Se desea diseñar un plato perforado dando como resultado: longitud del

derramadero, distancia entre centro de perforaciones, espesor del plato, velocidad

del gas.

Evaluar si se presenta alguno de estos problemas: excesiva caída de presión para el

gas, lloriqueo, arrastre.