Serie N2 Absorción de gases

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Universidad Tecnológica Nacional Operaciones Unitarias II 
 Facultad Regional Resistencia Ingeniería Química 
 
 
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Serie N °2 - Absorción de gases 
1- Para remover SO2 de una mezcla de SO2-aire con una solución acuosa de una sal de amonio se utiliza 
una torre rellena de anillos Raschig de cerámica de una pulgada. El gas ingresa con una velocidad de 
flujo de 47.2 m3/min a 80 °F y 1 atm con una concentración de 7 mol es soluto/100 moles de gas. Se 
necesita eliminar totalmente el soluto de la corriente gaseosa con la solución de lavado con un caudal 
másico de 500 lb/min, una densidad de 77 lb/ft3 y 2.5 cp de viscosidad. Determinar el diámetro de la 
torre. 
 
2- Para recuperar el 75% de Cl2 presente en una corriente de composición 8% cloro 92% aire, se emplea 
una columna de absorción que utiliza agua libre de soluto. Las condiciones de operación son: Caudal de 
gas 3000m3/h, 30ºC y 760mmHg. 
a) Calcular la cantidad mínima de agua a utilizar. 
b) Calcular el caudal operativo de agua. 
c) Calcular el caudal mínimo si el agua de lavado tiene una composición 0.05g de Cl2/litro de agua. 
d) Repetir los cálculos a y b si la presión total es de 10 atm y se pretende la misma separación. 
 
 Los datos de equilibrio se presentan en la tabla siguiente. 
PCl2 
mmHg 
5 10 30 50 100 150 200 250 300 500 700 
gCl2/lt 
de H2O 0.42 0.55 0.87 1.11 1.57 1.97 2.34 2.69 3.03 4.30 5.50 
 
3- Para recuperar C6H6 contenido en una mezcla de benceno-aire de composición 5.5 % en volumen de 
benceno, se trata a contracorriente en una torre de absorción, con una corriente de hidrocarburo no 
volátil de peso molecular 250. El caudal de mezcla gaseosa es de 5 ft3 /s a 68 °F y presión atmosférica. 
Si la tensión de vapor del benceno a la temperatura de operación es de 1.47psi y el comportamiento del 
sistema sigue la ley de Raoult, determinar: 
a) La cantidad mínima de hidrocarburo a utilizar, si desea recuperar el 90% del benceno. 
b) El número de etapas teóricas de la torre de absorción, si se utiliza una cantidad de líquido 60% 
superior a la mínima. 
c) La composición de salida del líquido si se utiliza Lop= 1.5 Lmín. 
 
4- Para reducir la concentración de una corriente gaseosa de NH3-aire desde 3.2% a 0.06 % (en volumen), 
se introduce en una torre de absorción que opera a 30°C y 1 atm. El caudal volumétrico de gas es de 
1200 m3/h y como absorbente se utiliza agua libre de amoníaco. 
Para el intervalo de concentraciones de operación la curva de equilibrio es y=0.746.x (siendo x e y las 
fracciones molares de NH3 en el líquido y el gas respectivamente). Se desea conocer: 
a) La cantidad mínima de agua a utilizar. 
b) El número de etapas teóricas si se utiliza una cantidad de líquido 1.5 veces mayor a la mínima. 
c) Resolver el ítem b) gráficamente (K-B-S). 
 
5- Se desea reducir el contenido de dióxido de azufre de una corriente de aire de 700 m3/h, desde un 2% 
molar hasta un 0.1% molar. Para ello se sugiere tratar el aire con agua líquida en contracorriente en una 
torre rellena que opera en estado estacionario a 25 °C y 1 bar. A estas condiciones puede suponerse que 
el agua no se evapora y que el aire no se disuelve en el agua. El agua ingresa a la torre libre de SO2. La 
relación de equilibrio entre fases gas-líquido puede suponerse que está dada por la ley de Henry: p= H . 
x donde p representa la presión parcial de SO2 en el gas, x es la fracción molar de SO2 en el agua y H es 
la constante de Henry del SO2 en agua. A la temperatura de operación del proceso H = 40 bar. Se 
esquematiza el sistema y el perfil de concentraciones en un determinado punto de la columna. 
 
 
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Donde: NA: flujo molar de SO2 desde el gas al líquido 
y AG, yAi: fracciones molares de SO2 en el seno del gas y en la interfase respectivamente 
xAL, xAi: fracciones molares del SO2 en el seno del líquido y en la interfase respectivamente. 
Propuesta de trabajo: 
a) Determinar el diámetro de la torre si se utiliza como relleno, anillos Raschig de cerámica de 1” 
considerando que la velocidad de flujo de gas es el 50 % de la correspondiente a la inundación. 
b) ¿Cuál es el caudal mínimo de agua necesario para efectuar la separación deseada, por cada 
mol/h de gas a tratar? ¿Cuál es el caudal operativo, en kg/h? 
c) ¿Qué efecto tiene aumentar la presión de operación de la columna sobre el caudal mínimo de 
agua requerido para efectuar la separación deseada? 
d) Si la fuerza impulsora para la transferencia de masa en cada fase se expresa como diferencia de 
fracciones molares y el coeficiente pelicular de transferencia del lado gas es ky=0.4 mol. s-1m-2. 
¿Cuál es el flujo molar de SO2 en la interfase y el valor del coeficiente del lado del líquido kx 
para el perfil de concentraciones mostrado en el enunciado? 
 
6- Para recuperar amoníaco presente en aire, se trata en a contracorriente con agua libre de soluto en una 
torre de absorción empacada. El gas de ingreso contiene 8 % en mol de NH3, y a la salida no deberá 
superar el 0.5% de NH3. Las condiciones de trabajo del equipo son 20 °C y 1 atm, con caudal operativo 
50 % superior al mínimo. Los coeficientes de transferencia de masa de gas y líquido son ky.a= 85.0 
Kmol/h.m3 y kx.a = 170.0 Kmol/h.m
3 respectivamente. 
a) Determinar la altura de la columna. 
b) Resolver el problema anterior por medio del método de los coeficientes globales y el HTU. 
 
Desorción 
 
7. Se está estudiando el sistema continuo de desodorización, consistente en una operación de agotamiento 
con vapor de agua en una sola etapa, para eliminar una sustancia de olor desagradable de la nata. Si el 
producto que comunica mal olor está presente en la proporción de 8 ppm, y si se va a pasar por la etapa 
de contacto vapor de agua en la proporción 0,75 kg/kg de nata, calcular la concentración del producto 
indeseable en la nata que sale del sistema. La distribución de concentración de equilibrio de ese 
producto es 1:10 (nata: vapor de agua) y se supone que se alcanza el equilibrio. 
 
8. Suponer ahora el caso de un producto más difícil de separar que en el ejemplo anterior, siendo su 
concentración de equilibrio solo 7,5 veces mayor que en la nata. Si las velocidades de flujo relativas de 
la nata y el vapor de agua están otra vez en la relación 1:0,75, calcular cuántas etapas se necesitarán 
para reducir la concentración del producto que da mal olor a la nata hasta 0,3 ppm en el supuesto de 
que: a) la eficacia de cada etapa sea del 100% b) la eficacia sea solo del 70%. En este caso la 
concentración inicial del producto es de 10 ppm. 
 
 
 
 
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Ejercicios Complementarios 
 
1- Una corriente de vapores procedente de un proceso de tratamiento de hidrocarburos contiene 1,150%mol 
de H2S. El sulfuro de hidrógeno es un gas muy contaminante e irritante, Para cumplir con las normativas 
ambientales es necesario retirar al menos el 99% de dicho compuesto utilizando una torre de absorción. 
El líquido absorbente es capaz de retirar 0,100 mol de H2S por cada litro de líquido utilizado. El flujo de 
gases ricos en contaminantes es de 295 mol/h. Determinar la cantidad de líquido absorbente necesaria 
para retirar la cantidad requerida de H2S y la concentración de H2S en los vapores tratados. 
Rta: Lo=33,59L 
 ys=0,01166% 
 
2- Si el lecho de la torre del “ejercicio 1”, tiene una altura de 25 ft, y se utilizan además como separadores 
de líquido 3 ft de anillos Raschig de una pulgada por encima de los rociadores de ingreso de líquido, 
estimar el requerimiento de potencia para evitar la caída de presión. El rendimiento mecánico del motor 
puede estimarse en 0.650. 
 Rta: 1,57KW 
 
 
3- Los gases de combustión de una fracción del petróleo se desean utilizar para el secado de polímeros. Se 
ha observado que la mezcla de gases, después de haber eliminado el vapor de agua, contiene un 6% 
molar de SO2 y un 94% de aire seco. Con el fin de eliminar el dióxido de azufre se alimentan 453,6 kg/h 
de la mezcla de gases a una torre rellena de anillos Rasching de acero de diámetro nominal igual a 
25mm. La columna trabajará al 50% de la velocidad de anegamiento, utilizando un caudal de agua de 2 
veces el mínimo requerido para llevar a cabo la operación deseada en una columna de altura infinita. 
Las condiciones de operación son: 30ºC y 1 atm. Si se desea que la corriente de gas que abandona el 
equipo no supere el 0,1% molar de SO2, determinar el diámetro y la altura de la columna. 
Los datos de equilibrio se consignan en la tabla siguiente: 
 
CSO2 
(kgSO2/100kg H2O) 0 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.50 0.70 
PSO2 mmHg 
0 0.6 1.7 4.7 8.1 11.8 19.7 36.0 52.0 
 
Los coeficientes individuales de transferencia de materia pueden calcularse a partir de las ecuaciones: 
kG.a = 0.1 . G0.7. L0.2 y kl.a= 0.65 . L0.82 
Donde: G y L son las densidades de flujo másicas de las corrientes gaseosa y líquida respectivamente, 
expresadas en kg/hm2. 
 
 Rta: Diámetro: 0,72m. 
 Altura: 3,6m.