Solucionario Henley Seader Operaciones De Separaci N Por Etapas De Equilibrio En Ing Qu Mica 2000

A pedido de Roxana.Tabla de Contenidos1. Procesos de separación2. Equipo para contacto de fase múltiple3. Diagramas termodinámicos de equilibrio4. Equilibrio entre fases a partir de ecuaciones de estado5. Propiedades de equilibrio a partir de correlaciones de coeficientes de actividad6. Especificación de variables de diseño7. Vaporización y condensación parcial de equilibrio8. Cálculos gráficos de mútiples etapas por el método de McCabe_Thiele9. Destilación discontinua10. Cálculos gráficos de etapa mútiple por el método de Ponchon-Savarit11. Cálculos de extracción en diagramas triangulares12. Métodos aproximados para separaciones en múltiple etapa de sistemas multicomponentes13. Capacidad y eficacia de las etapas14. Síntesis de secuencias de separación15. Métodos rigurosos para separaciones multicomponentes en etapa múltiple16. Operaciones de contacto continuo diferencial: Absorción de gases17. Conservación de energía y eficacia termodinámicaApéndicesI. Constantes y coeficientes de propiedades físicasII. Fuentes de los programas de ordenador

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32 contaminada, la separación de parafinas de los compuestos aromáticos, y la eliminación de disolventes del aire. (Geankoplis, Christie J., 1998) OPERACIONES DE SEPARACIÓN POR CONTACTO CONTINUO. ABSORCIÓN La absorción es una operación en la que se transfiere materia desde una corriente gaseosa a otra líquida. Las dos corrientes pueden desplazarse en las direcciones axiales de flujo, sin dispersión axial, o con diferentes grados de retromezcla axial, siendo el caso límite el de un tanque perfectamente mezclado. En algunas aplicaciones las dos fases pueden estar en reposo. (Seader, Ernest J. Henley J. D., 2000) Cuando las dos fases en contacto son un gas y un líquido, la operación unitaria se llama absorción. Un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida. Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también en reposo. (Geankoplis, Christie J., 1998) La eliminación de una o más sustancias de una mezcla de gases por absorción en un líquido adecuado es la segunda operación en cuanto a frecuencia en la industria química, sólo por detrás de la rectificación. Se trata de una operación de transferencia de materia controlada por la difusión de materia. (Gomis, 1999) Un ejemplo es la absorción de amoniaco A del aire B por medio de agua líquida C. En general, la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro. Otro ejemplo es la absorción de SO2 de gases de combustión en soluciones alcalinas. (Geankoplis, Christie J., 1998) En la hidrogenación de aceites comestibles en la industria alimenticia, se hace burbujear hidrógeno gaseoso en el aceite para absorberlo en el mismo; entonces, el hidrógeno en solución reacciona con el aceite en presencia de un catalizador. Al proceso inverso de la 12

33 absorción se le llama empobrecimiento o desorción, ya él se aplican las mismas teorías y principios básicos. (Geankoplis, Christie J., 1998) Un ejemplo es la desorción con vapor de aceites no volátiles, en la cual el vapor se pone en contacto con el aceite y pequeñas cantidades de componentes volátiles del mismo pasan a la corriente de vapor. (Geankoplis, Christie J., 1998) La absorción constituye el fenómeno básico de numerosos equipos y procesos industriales. a) Evaporación desde tanques; un proceso generalmente no deseado. b) Absorbedores de pared mojada. c) Absorbedores de relleno en contracorriente o corrientes paralelas. d) Absorbedores por etapas. e) Absorbedores con reacción química simultánea. f) Depuradores de goteo -columnas de relleno en las que descienden gotitas de líquido a través de una corriente gaseosa. g) Depuradores de Venturi. (Seader, Ernest J. Henley J. D., 2000) Así pues, se pueden dividir los procesos de absorción en dos grupos: con reacción química y sin reacción química. En relación al equipo para absorción, el principal requisito es conseguir un contacto íntimo del gas y el líquido. La forma general de los equipos es la habitual, y se utilizan tanto torres de pisos como de relleno, del tipo de las utilizadas en rectificación. (Gomis, 1999) En absorción el alimento es un gas que se introduce en parte inferior de la columna y el disolvente se alimenta por la cabeza como líquido. La diferencia esencial con la rectificación estriba en que en esta operación el vapor se produce en cada etapa por vaporización parcial del líquido, que por tanto está a su temperatura de burbuja, mientras que en absorción el líquido está muy por debajo de esta temperatura. (Gomis, 1999) En destilación hay difusión de moléculas en ambas direcciones de forma que en un sistema ideal existe contra difusión equimolecular, pero en absorción las moléculas de gas se 13

40 acarreados por una corriente gaseosa pueden recuperarse y luego ser reutilizados; basta lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores. Estas operaciones requieren la transferencia de masa de una sustancia en la corriente gaseosa al líquido. Cuando la transferencia de masa sucede en la dirección opuesta, es decir, del líquido al gas, la operación se conoce como desorción. (Treybal 2006) Por ejemplo, el benceno y el tolueno se eliminan del aceite que se mencionó antes poniendo en contacto la solución líquida con vapor, de tal forma que los vapores entran en la corriente gaseosa y son arrastrados; en consecuencia, el aceite de absorción puede utilizarse nuevamente. Los principios de la absorción y la deserción son básicamente los mismos, así que las dos operaciones pueden estudiarse al mismo tiempo. (Treybal 2006) Generalmente, estas operaciones sólo se utilizan para la recuperación o eliminación del soluto. Una buena separación de solutos entre sí, exige técnicas de destilación fraccionada. (Treybal 2006) 7.7. SOLUBILIDAD DE GASES EN LÍQUIDOS EN EL EQUILIBRIO La rapidez con la cual se disuelve un componente gaseoso de una mezcla en un líquido absorbente depende de la desviación del equilibrio que existe; por lo tanto, es necesario considerar las características en el equilibrio de los sistemas gas-líquido. (Treybal 2006) SISTEMAS DE DOS COMPONENTES Si cierta cantidad de un gas simple y un líquido relativamente no volátil se llevan al equilibrio, la concentración resultante del gas disuelto en el líquido recibe el nombre de solubilidad del gas a la temperatura y presión predominantes. A una temperatura dada, la solubilidad aumentará con la presión, como aumenta por ejemplo en la curva A, Ilustración 2, que muestra la solubilidad de amoniaco en agua a 30 C. (Treybal 2006) 20

79 7.18. EL FACTOR DE ABSORCIÓN, A El factor de absorción es la relación entre la pendiente de la línea de operación y la de la curva en el equilibrio. Para valores de A menores a la unidad, correspondientes a la convergencia de la línea de operación y la curva en el equilibrio para la parte inferior del absorbedor, la figura 5.16 indica claramente que la absorción fraccionaria de soluto está definitivamente limitada, aun para los platos teóricos infinitos. Por otra parte, para los valores de A mayores a la unidad, es posible cualquier grado de absorción si se cuenta con los platos suficientes. (Treybal 2006) Ec. 24 Para un grado dado de absorción de una determinada cantidad de gas, cuando A aumenta más de la unidad, el soluto absorbido se disuelve cada vez en más líquido y, por lo tanto, se vuelve menos valioso. Al mismo tiempo, el número de platos decrece, de tal forma que el costo del equipo decrece. A causa de estas tendencias opuestas del costo, en estos casos habrá un valor de A, o de L/ G, para el cual se obtiene la absorción más económica. (Treybal 2006) Generalmente, ésta debe obtenerse calculando los costos totales para diferentes valores de A y observando el mínimo. Como regla para obtener estimaciones rápidas, con frecuencia se ha encontrado que la A más económica está en el rango de 1.25 a 2.0. El recíproco del factor de absorción se conoce como el factor de deserción, S. (Treybal 2006) ECUACIÓN DE KREMSER-BROWN-SOUDERS Éste método se puede utilizar sólo cuando la línea operativa es una línea recta que sigue la ley de Henry, Y= m. X. Se puede deducir, mediante las ecuaciones de balance de cada etapa y la ecuación de equilibrio, la ecuación de Kremser de donde se puede despejar el número de etapas ideales, NP. Determina el número de etapas teóricas requeridas, en esta 59 153554b96e

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