Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química Laboratorio de fenómenos de transporte
Integrantes:
Danny Fabián Sauceda Flores
Liliana Yaneth Barahona Chávez
Mariom Cambar Espinoza Mallury lellany padilla
20070000247 20070000021 20041000679 20041003143
Absorción
Introducción La absorción gaseosa es una de las operaciones de transferencia de materia en la que un vapor soluble se absorbe desde su mezcla con un gas inerte por medio de un líquido en el que el gas (soluto) es más o
.
menos soluble Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto amoniaco a través del aire , que no se difunde y está en reposo, hacia agua , también en reposo. Por tanto, en el presente informe se da a conocer los resultados de la experiencia de laboratorio en el manejo de la torre de absorción con amoniaco y los análisis químicos realizados a las muestras obtenidas, así también en la preparación de las soluciones patrones . Es importante señalar el trabajo de control realizado en la torre debido a que solo de esa forma conoceremos los requerimientos de potencia y rangos de temperatura a la cual necesita ser operada la torre en ese momento .
.
Absorción
Conclusiones La variable que determina los resultados de esta practica fue la altura (mm) marcada por el rotámetro de aire, pues esta regulaba el flujo de aire; si aumentamos el flujo de aire favoreceremos la transferencia de amoniaco, por lo tanto, es de gran ventaja que el rotámetro de aire fuese nuestra variable. Además dicho flujo se mantiene constante en la entrada como la salida de la torre debido a que este solo funciona como el vehículo que arrastrara el NH3 para ser absorbido por el agua y así aprovechamos la inmiscibilidad que presentan estos dos flujos (principio de manejo de una torre de absorción).
El coeficiente de transferencia de masa que es el indicador de la dirección de transferencia se ve influenciado no solo por las propiedades de los solventes correspondientes; sino también por el coeficiente de transferencia de masa relativa que nos da el empaque (fp). Un coeficiente de transferencia de masa bajo indica una oposición a la transferencia de masa hacia la otra fase. En las práctica realizada observamos que los cambios en las concentraciones fueron pequeños , esto nos permitió simplificar los cálculos
obtenidos
aproximadamente lineal.
.
al
suponer
una
línea
de
operación
Absorción
Resultados y discusión Para una profundidad de empaque H= 1.52439 m se obtendrá un coeficiente de transferencia de masa en la capa liquida 169377
=
bastante mayor al coeficiente de transferencia en la
película gaseosa. Esto provoca una resistencia a la transferencia de la fase gaseosa a la líquida, como se puede observar en la tabla de amoníaco absorbido, el % absorción es bastante bajo.
Para
solventar este problema en la absorción se puede considerar introducir el agua en la entrada con un % de amoníaco lo que aumentaría la transferencia hacia la capa líquida y resultaría un % de absorción mayor.
Como era de esperarse las temperaturas de salida del aire y de entrada del agua son prácticamente iguales, factores que como sabemos se ven influenciados por las concentraciones en las respectivas corrientes de entrada.
Se pudo apreciar que el empaque de monturas de cerámica ha sido corroído por la exposición repetida al amoniaco, esto indica que este tipo de empaque no es el apropiado para esta operación. Seria conveniente cambiar el empaque de cerámica por algún tipo de empaque plástico para evitar que este se degrade por acción del amoniaco.
Absorción
Calibración de rotámetros Calibración rotámetro izquierda
Calibración rotámetro derecha
Altura (mm) 64 84 115 126
Altura (mm)
flujo (g/s)
30
1,78
60
5,39
100
10,98
flujo (g/s) 16,08 23,22 31,13 33,05
Datos de calibración rotámetro de aire Altura (h) 20 40 55 80 100
Flujo másico Lb/hr 150 300 400 600 750
Calibración del calderin
Concentración de amoniaco 2.5 % 1.5 % 0.5 %
Relación obtenida
Coeficiente de correlación
mc = 0.1733w+2.177 mc = 0.22w+12.5 mc = 0.2152w+23.34
0.9998 1.0000 1.0000
Absorción
Gráficos Calibración rotámetro izquierda
Calibracion rotametro izquierda 35 30 25 y = 25,184ln(x) - 88,532 R² = 0,9994
20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Calibracion rotámetro derecha
Calibracion rotametro derecha 12 10
y = 0,1319x - 2,3023 R² = 0,9983
8 6 4 2 0 0
20
40
60
80
100
120
Absorción
Calibración rotámetro de aire calibración rotámetro de aire
Lb/hr = 7.5124h - 3.2338 R2 = 0.9995
800 700 600 500
r h / 400 b L300
200 100 0 0
20
40
60
80
100
120
altura, h
Curva de calibración del calderin 40 y = 0,2093x + 10,126 R² = 1
35 30 25 20 15 10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Absorción
Relación coeficiente de transferencia de masa Vrs. El flujo del aire
0,00003 y = 0,0677x + 9E-06 R² = 0,9997
0,000025 0,00002 0,000015 0,00001 0,000005 0 0
0,00005
0,0001
0,00015
0,0002
0,00025
Absorción
Procedimiento de cálculos Con la Solución de amoniaco alimentada en el calderin se calculo el amoniaco transferido :
Concentración peso de amoniaco en la corriente de agua de salida:
Ahora calculamos el Flujo de agua de salida:
Con los datos de calibración de la torre absorbedora encontramos el flujo de agua de salida a una altura determinada marcada por el rotámetro. MAS= Como el flujo de agua esta en g/s se convierte en lb/h que da como resultado 252.63. Para un A=0.00798m2 la velocidad másica da como resultado: MAS/A=
Calcular el amoniaco transferido :
Amoniaco presente en el gas de entrada.
En la entrada el amoniaco presente se calcula tomando los datos de la calibración del calderin: MNH3 E= 0.2093*(80)+10.126= 26.187 Lb/h
Absorción
Amoniaco presente en el gas de salida.
En la salida el amoniaco se calcula restando el flujo de amoniaco presente en la entrada con el amoniaco transferido. MNH3 S=26.187 Lb/h – 0.6116 Lb/h =25.5754 Lb/h
Flujo de aire en la salida.
Se usa la ecuación obtenida de los datos de calibración del rotámetro de aire. MAire S= 7.5124*(80)-3.2338= 597.76 Lb/h
Flujo de aire en la entrada.
Se calcula sumando el flujo de aire en la salida más el amoniaco transferido. MAire E=597.76 Lb/h + 0.6116 Lb/h= 598.372 Lb/h
Flujo de aire libre de amoniaco.
Se resta el flujo de aire en la entrada menos el flujo de amoniaco en la entrada. MAire L= 598.372 Lh/h-26.187 Lb/h= 572.185 Lb/h
Flujo de agua en la entrada.
Se calcula restando el agua de salida menos el amoniaco transferido. MAE= 252.63 Lb/h -0.6116 Lb/h= 252.019 Lb/h El flujo de agua libre es el mismo que esta entrando.
Absorción
Ahora calculamos la concentración molar de las corrientes de entrada y de salida tanto de aire como de agua.
Para corrientes de aire: YGE=
YGS=
Para las corrientes de agua: XAE= 0 XAS=
Calcular el Coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa:
1/KGA = H /KLA αG0.8 Graficando los puntos para diferentes valores de 1/K GA vs 1/G0.8 y obteniendo una regresión lineal para ajustar los puntos se obtiene que: 1/KGA = 0.1640/G0.8 + 0.0001168 Donde: α y
KLA y
HK LA = 0.0001168 es decir, α
Absorción
Datos calculados DATOS OBTENIDOS EN LA PRACTICA Taire °F (entrada)
Taire °F (salida)
Tagua °F (entrada)
Tagua °F (salida)
99
80
76
83
104
80
76
88,5
102
80
76
89
108
78
75
89
Corrida
Altura del agua (mm)
Altuta del aire (mm)
1
119
80
2
119
110
3
119
120
4
184
50
Resultado de las titulaciones Corrida
Xsalida (titulación) molar
1
0,142
2
0,131
3
0,113
4
0,084
Amoniaco Transferido Corrida
NH₃ (Lb/h)
1
0,61163574
2
0,564255506
3
0,486724215
4
0,48658938
Concentración de amoniaco en la corriente de agua salida Corrida
CNH3 (Lb NH3/Lb H2O)
1
0,00242107
2
0,002233522
3
0,001926626
4
0,001432182
Absorción
Flujos másicos de agua y de aire (Lb/h) Corrida
Agua entrada
Agua salida
Agua libre
Aire entrada
1
252,018755
252,6303907
252,018755
598,3698357
597,7582
571,4998
2
252,0661352
252,6303907
252,0661352
823,6944555
823,1302
790,5455
3
252,1436665
252,6303907
252,1436665
898,7409242
898,2542
863,4989
4
339,2672892
339,7538785
339,2672892
372,8727894
372,3862
352,2818
Flujo de amoniaco presente en el aire de entrada y salida Corrida
NH₃ϵ (Lb/h)
NH₃s (Lb/h)
1
26,87
26,25836426
2
33,149
32,58474449
3
35,242
34,75527578
4
20,591
20,10441062
Concentraciones molares en las corrientes de entrada y sali da de agua y aire Xᴀϵ
Xᴀs
Ygϵ
Ygs
0
0,00256312
0,076548
0,072682381
0
0,002364595
0,068612122
0,065693997
0
0,002039726
0,066850741
0,064249269
0
0,0015163
0,094062793
0,088716376
coeficientes de transferencia de masa en fase gaseosa corrida
Kgᴀ (Lb/hft^3)
1/Kgᴀ
1/G^0.8
1
3701,68
0,000270148
0,000842
2
4516,99
0,000221386
0,000652
3
4775,74
0,000209392
0,000608
4
3194,79
0,00031301
0,00123
Aire salida
Aire libre
Absorción
Nomenclatura α: Constante que relaciona el amoniaco transferido
a: cima de la torre b :fondo de la torre H :altura d empacado C : concentración G : Flujo de aire por unidad de área R1: Altura en el rotámetro de agua de la torre de absorción R2 :Altura del rotámetro de agua de la torre deshumidificadora R3 : Altura del rotámetro de aire KG : Coeficiente de transferencia de masa del gas KL :Coeficiente de transferencia de masa del líquido L : flujo del liquido por unidad de área w : Flujo másico n : Factor para el gasto del gas P : Presión parcial PM: Peso molecular P log: Presión media logarítmica PT : Presión total T : Temperatura y: Fracción molar del gas
Absorción
Bibliografía Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias C.J. Geankoplis Tercera Edición, Capitulo 10. Elementos de Ingeniería Química Ángel Vian y Joaquín Ocon ím Quinta Edición, Capitulo 19.
