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Problema 27, 28 Y 29

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PROBLEMA 27

Encierto aparato utilizado para la absorcion del dioxido de azufre, SO2 , de aire mediante
agua, y en cierto punto del mismo, el gas contiene 10% en volumen de SO2 y esta en contac
con un liquido que contiene 0.4% peso de SO2  Densidad  990kg / m3  .La temperatura es
50C y la presion total de 1 atm. El coeficiente global de transferencia de masa basado en l
concentraciones del gas K G  7.36 x1010 kmolSO2 / m 2 s  N / m2  . De la resistencia total a
, el 47% esta en fase gaseosa y el 53% en la liquida.
los datos de equilibrio a 50 C son

kg SO2/ 100kg agua Presion parcial SO2 , mmHg


0.2 29
0.3 46
0.5 83
0.7 119

a ) Calcule el coeficiente global basado en las concentraciones del liquido K L , expresado en kmol / m 2 s
b) Calcule los coeficientes de la peliculaindividual : kG , k y , kC , k L , k x
c) Determine la composicion en la interfase

numero de decimales 3

P 1
760
R 62.361
%Volumen 0.1

p AG  P.%volumen pAG 76

wA 0.004
T 50
323.15
KG 7.36E-10
9.81E-08
KG/kG 47
KL/kL 53

ρ 990
M(CO2) 64
wA . 
c AL  CAL 0.062
M (CO2 )
wA . 
c AL 
M (CO2 )

kg SO2/ 100kg agua CA (kmol/m3)


0 0
0.2 0.031
0.3 0.046
0.5 0.077
0.7 0.108

De la grafica
c*A 0.0711
p*A 65.01

Hallando kG
kG 2.09E-07

Hallando NA
NA 1.078E-06

Hallando pAi
pAi 70.835

Hallando KL
KL 1.185E-04

Hallando kL
kL 2.236E-04

Hallando ky
ky 1.59E-04

Hallando kc
kc 4.21E-03

Hallando kx
kx 3.459E-03
de azufre, SO2 , de aire mediante
n volumen de SO2 y esta en contacto
 990kg / m3  .La temperatura es de
transferencia de masa basado en las
N / m2  . De la resistencia total a la difusion

liquido K L , expresado en kmol / m 2 s  kmol / m3  125.000

kL, kx
120.000

115.000

atm
mmHg 110.000

mmHg m3/Kmol °K

105.000

mmHg
100.000
kg CO2/Kg solucion
°C
K 95.000

kmolSO2/m2 s (N/m2).
kmolSO2/m2 s (mmHg). 90.000
%
%
85.000

Kg/m3
kg/kmol 80.000
3
kmol/m

75.000

70.000
80.000

75.000
Presion parcial SO2 , mmHg
0
29 70.000
46
83
119 65.000

x
60.000
kmol/m3
mmHg

55.000
KG
kmolSO2/m2 s (mmHg). x100  % fasegaseosa
kG 50.000

kmol/m2 s N A  KG ( pAG  p *A ) 45.000

mmHg
N A  kG ( p AG  p Ai ) 40.000

N A  K L (c *A c AL )
35.000
kmol/m2 s (kmol/m3)

KL 30.000
x100  % faseliquida
kmol/m2 s (kmol/m3)
kL
25.000

kmolSO2/m2 s
k y  kG * P
20.000

kc  kG * RT
2 3
kmol SO2/m (kmol/m ) 15.000


kx  k L  
M 
10.000
kmol SO2/m2 s

5.000

0.000
0.000 0.010 0.
0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.080

y
Column E

0.070 0.080 0.090 0.100 0.110


PROBLEMA 28
Una compañia industrial, emplea una columna de absorcion para depurar un gas. Se hace pasar por la torre una mezcla
de aire-NH3 , que contiene 4.93% de amoniaco , en sentido contrario al de una corriente de AGUA, inicialmente libre de
amoniaco . El gas emergente contiene solamente 0.5% de amoniaco . Entran a la torre 25 m3/minutos de gas y 30kg/min
de agua . La torre funciona a 295°K y 1.013x10 5 Pa . En las concentraciones diluidas a 295°K , las cocncentraciones de
equilibrio se relacionan por medio de (y/x)=1.09 . Deterimine:
a) El numero de etapas de equilibrio
b) la razon (LS/GS´)real / (LS/GS)min

numero de decimales 4

SOLUCION GRAFICA
P 1.01E+05 Pa
3
R 8314 Pa m /kmol K
T 295 K
M(agua) 18 kg/kmol

FASE GAS
yNP+1 0.0493 fm
y1 0.005 fm
y NP 1
YNP 1 
YNP+1 0.0519  1  yNP 1 
QNP+1 25 m3/min

P.QNP 1
GNP+1 1.0326 kmol/min GNP 1 
R.T
varia ligeramente el G1
y1
con el GNP+1 debido a que Y1 Y1 
las concentraciones son
0.0050
 1  y1 
muy pequeñas
varia ligeramente el G1
con el GNP+1 debido a que
las concentraciones son
muy pequeñas

GS 0.9817 kmol/min GS  GNP 1 (1  y NP 1 )

G1 0.9866 kmol/min GS  G1 (1  y1 )

FASE LIQUIDA
Q0 30 kg/min Q0
L0 
L0 1.6667 kmol/min M agua
x0=0 porque solo
ingresa agua x0 0 fm
pura X0 0

LS 1.6667 kmol/min LS  L0 (1  x0 )

balance total a
toda la torre LNP 1.7127 kmol/min G1  LNP  L0  GNP 1

xNP 0.0269 fm LS  LNP (1  x NP )

xNP
XNP 0.0276 X NP 
 1  xNP 

La pendiente de la curva de equilibrio:


m 1.09

a) El numero de etapas de equilibrio (EMPLEANDO LA EC DE KRENSER)

KRENSER SOLO L0
ES PARA EC Atope 1.5499 Atope 
m.G1
LINEAL
LNP
Afondo 1.5217 A fondo 
m.GNP 1
LNP
A fondo 
m.GNP 1
FACTOR DE
ABSORCION A 1.5357 A  ( Afondo xAtope )0.5

yNP+1-m.x0 0.0493
y1-m.X0 0.005
(1-1/A) 0.348831152
1/A 0.651168848
0.060
logA 0.186306384 y  m.x0  1  1
log  NP 1 1    
NP   y1  m.x0  A  A
NP 3.2838 log A

GENERAMOS UNA TABLA PARA HALLAR LOS PLATOS GRAFICAMENTE


f(x) = 1.69
x y=1.09x X Y 0.050 R² = 1
0 0 0 0
0.005 0.00545 0.005025126 0.00547986527
0.01 0.0109 0.01010101 0.0110201193
0.015 0.01635 0.015228426 0.01662176587
0.02 0.0218 0.020408163 0.02228583112
0.025 0.02725 0.025641026 0.02801336417
0.03 0.0327 0.030927835 0.03380543782 0.040
0.035 0.03815 0.03626943 0.03966314914
0.04 0.0436 0.041666667 0.04558762024
0.045 0.04905 0.047120419 0.05157999895
0.05 0.0545 0.052631579 0.05764145955
f(x) = 1.09
R² = 0.999

x
5.01E-09
0.030
se traza etapas
desde el tope Y1 X Y X Y
hasta el fondo X0 0 0.005 Y1 0 0.005
XNP 0.0276 0.0519 YNP+1 0.00458371913 0.005

0.020
se traza etapas
desde el tope Y1
hasta el fondo

El numero de etapas 1.2799114E-08


ideales (en el grafico) PEQUEÑO 0.004810449883089 X Y 0.020
es con decimales no
se redondea GRANDE 0.01722534696787 0.00458371913 0.012789114
El numero de etapas 0.01171008849 0.012789114
reales si se P/G 0.279265775723531
redondea
decimales de la utlima etapa 2.4908953E-08
X Y
0.01171008849 0.024898953
0.02278955012 0.024898953 0.010

-1.269818E-15
X Y
0.02278955012 0.043726283
0.04001489708 0.043726283

0.000
0.000
b) la razon (LS/GS´)real / (LS/GS)min

trazamos una linea para hallar el XNPmax (GRAFICAMENTE)

7.5E-06
X Y
0.0276 0.0519
0.0475 0.0519

XNPmax 0.0475  LS  (YNP 1  Y1 )


  
(LS/GS)min  GS  min  X NP max  X 0 
0.9874
LS/GS 1.6978
fD 1.7195

SOLUCION ANALITICA

y NP 1  m.xNP max
x
fm X NP max   1  x
NP max
como la linea de
NP max 
xNPmax 0.0452
opearcion es casi una
recta , el valor exacto XNPmax 0.0473
lo vamos a calcular de
la linea de equilibrio
 LS  (YNP 1  Y1 )
  
 GS  min  X NP max  X 0 
(LS/GS)min 0.9915
LS/GS 1.6978

fD 
 LS /G S 
fD 1.7124
(LS /G S ) min

SOLUCION ANALITICA

X
Y
1  (1   ) X
Y
X 
  (  1)Y

Y ´
 1  (1   ) X 
2

2  1   
Y ´´
 1  (1   ) X 
3

Y ''  0curvaconvexa
Y ''  0curvaconcava
Y´´ 0.198980634
es convexa concava hacia arriba
como es hacia arriba no existe punto de tangencia

TRAZANDO ETAPAS DE FORMA ANALITICA metodo analitico utilizando la


lineas de operacion (curva,
¿cOMO TRAZAMOS LAS ETASPAS EN FORMA ANALITICA? lineal)
Usamos la EC de linea de operacion (EC de diseño)

 Ls  YNP 1  Y1
 
 Gs  X NP  X 0
L 
Y1  YNP 1   s   X NP  X 0 
 Gs 

L 
Yn 1  YNP 1   s   X NP  X n 
 Gs 
Yn
Xn 
  (  1)Yn
dejo de contar PLATO n Yn Xn
hasta que sea 1 0.005 0.0046
menor de
XNP=0.0276 2 0.0129 0.0118
3 0.0251 0.023
4 0.0441 0.0403 fraccion

fraccion 
 X NP  X 3  fraccion 0.2659
 X4  X3 
no saldra igual porque la
formula en calcular la fraccion ,
no esta claramente definida
0.060

f(x) = 1.69927536231884 x + 0.005


0.050 R² = 1

0.040

f(x) = 1.09303944101195 x − 1.3039044036594E-05


R² = 0.99999935250877
x

0.030

0.020
0.020

0.010

0.000
0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 XNPmax 0.050
y
PROBLEMA 29
En una columna de absorcion de platos se tratan 150 m 3/h de una mezcla amoniaco-aire que entra por el fondo de la
columna con una concentracion de 3% en volumen de NH 3 y sale por el cuspide con una concentracion de 0.05% en
volumen . La absorcion con agua se verifica isotermicamente a 30°C y 1 atm, L a relacion de equilibrio para el sistema
concentrasciones bajas de amoniaco viene dada la ecuacion
y=0.185x
siendo x e y las fracciones molares del amoniaco en la fase liquida y gaseosa, respectivamente
Calculese
a) La cantidad minima del agua a emplear
b) El numero de etapas teoricas necesarias si la cantidad de agua empleada es 60% superior a la minima

solucion
nuemro de decimales 6

T 303.15 °K
P 1 atm
R 0.082057 atm m3/K kmol

FASE GAS
QNP+1 150 m3/h

GNP+1 6.03001 kmol/h

yNP+1 0.03 fm

YNP+1 0.030928

GS=GSmin Gs 5.84911 kmol/h

y1 0.0005 fm

Y1 0.0005

G1 5.852036 kmol/h

FASE LIQUIDO
x0 0 fm
X0 0

RELACION DE EQUILIBRIO:
m 0.185
¿Cuando determino si hay X
punto de tangencia? para Y
determinar el Ls/Gs min 1  (1   ) X
Y
X 
  (  1)Y

Y ´
 1  (1   ) X 
2
X
Y
1  (1   ) X
Y
X 
  (  1)Y

Y ´
 1  (1   ) X 
2

2  1   
Y ´´
 1  (1   ) X 
3

Y ''  0curvaconvexa
CONCAVA hacia abajo, Y ''  0curvaconcava
hay punto dde
tangencia
Y´´ -0.30155

En el problema no hubo punto de tangente , por eso use mi


ecuacion de equilibrio , para hallar el X NPmax .
Pero si hay punto de tangencia ya no vale esa ecuacion de
equilibrio , porque el punto no va acertar a la curva de
equilibrio. Necesito calcular el punto de tangencia .
¿Como calculamos el punto de tangencia?

1era derivada de la curva pero evaluada en X t


tangente de la recta

 Xt
Yt  Yt  Y1
1  (1   ) X t  tan     Yt ´
Xt  X0

Yt ´
 1  (1   ) X t 
2

Yt  Y1 
los igualo  Yt ´
Xt  X0  1  (1   ) X t 
2

remplazo YT

EC particular   Xt 
   Y1
 1  (1   ) X t  
para Y=mX o
Y=αX 
Xt  X0  1  (1   ) X t 
2

0.010153452148158
aplicando solver 0.010153456068274
-3.9201158603952E-09
Xt 0.060422
Yt 0.010653
Si el Yt me sale mayor al YNP+1, si si mi YNP+1 esta debajo de mi Yt ,
hay punto de tangencia pero cae no considero punto de
fuera de mi rango de trabajo tangencia , solo lo considero
concava hacia arriba
Si el Yt me sale mayor al YNP+1, si si mi YNP+1 esta debajo de mi Yt ,
hay punto de tangencia pero cae no considero punto de
fuera de mi rango de trabajo tangencia , solo lo considero
concava hacia arriba

 Ls  Y  Y1
tan(α)=(Ls/Gs)min 0.168035    t
 Gs  min Xt  X0

 LS  (YNP 1  Y1 )
  
 GS min  X NP max  X 0 
. XNPmax 0.181081

 Ls  Ls min
Lsmin 0.982855 kmol/h   
cantidad  Gs  min Gs
minima a
emplear Lomin 0.982855 kmol/h LS min  L0min (1  x0 )

b) El numero de etapas teoricas necesarias si la cantidad de agua empleada es 60% superior a la minima

fD 1.6
 Ls   Ls 
(Ls/Gs)    f D . 
0.268856  Gs   Gs min
 LS  (YNP 1  Y1 )
 
XNP 0.113176  GS   X NP  X 0 
X NP max
xNP 0.101669 fm xNP max 
 1  X NP max 
No se puede usar la EC de Krenser por que no es un sistema diluido (promedio de x)
(xNP+x0)/2>5% y (promedio de y) (yNP+1+y1)/2<5%

L  Yn
Yn 1  YNP 1   s   X NP  X n  Xn 
 Gs    (  1)Yn

Platos n Yn Xn
1 0.0005 0.002709
2 0.001228 0.006674
3 0.002294 0.012527
4 0.003868 0.021271
5 0.006219 0.034563
6 0.009792 0.055316
aqui paro XNP=0.11317 0.015372 0.089128
8 0.024463 0.148204

fraccion 0.407069 fraccion 


 X NP  X 7 
 X8  X7 
o-aire que entra por el fondo de la
n una concentracion de 0.05% en
elacion de equilibrio para el sistema a

ectivamente

% superior a la minima

P.QNP 1
GNP 1 
R.T

y NP 1
YNP 1 
 1  yNP 1 

GS  GNP 1 (1  yNP 1 )

y1
Y1 
 1  y1 

GS  G1 (1  y1 )
e la recta

tan     Yt ´
0min (1  x0 )

perior a la minima

(YNP 1  Y1 )

 X NP  X 0 
X NP max
 1  X NP max 
de x)

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