diseno de torres de absorcion de platos para el proceso de absorcion aire - so2 - agua

41
INDICE I. INTRODUCCION.......................................... 2 II. OBJETIVOS............................................. 3 II.1.1..............................................OBJE TIVO GENERAL II.1.2..............................................OBJE TIVO ESPECIFICO III. MARCO TEORICO......................................... 4 III.1................................................. ABSO RCION............................................... 4 IV. INGENIERIA DE PROCESO................................. 5 IV.1.................................................. MATE RIA PRIMA IV.1.1..............................................GASE S DE COMBUSTION IV.1.2..............................................AGUA IV.2.................................................. DES CRIPCION DEL PROCESO................................ 6 IV.2.1..............................................CALC ULO DE LA CURVA DE EQUILIBRIO ................ 6 V. DISEÑO DE LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION............... 9 V.1.1 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS TEORICOS ......... 12 V.1.2 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS REALES............ 13 V.1.3 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TORRE.............. 13 V.1.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE.............. 15 V.1.5 CALCULO DEL COSTO DE LA TORRE................. 15 VI. DISEÑO DE LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION............... 18 VI.1.1..............................................CALC ULO DE NUMERO DE PLATOS TEORICOS ............. 21

Upload: andres-tellez

Post on 15-Jan-2016

141 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

Diseño de torres de absorcion

TRANSCRIPT

Page 1: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

INDICE

I. INTRODUCCION................................................................................................. 2

II. OBJETIVOS......................................................................................................... 3

II.1.1 OBJETIVO GENERAL

II.1.2 OBJETIVO ESPECIFICO

III. MARCO TEORICO............................................................................................... 4

III.1 ABSORCION....................................................................................................... 4

IV. INGENIERIA DE PROCESO................................................................................... 5

IV.1MATERIA PRIMA

IV.1.1 GASES DE COMBUSTION

IV.1.2 AGUA

IV.2 DESCRIPCION DEL PROCESO............................................................................. 6

IV.2.1 CALCULO DE LA CURVA DE EQUILIBRIO ............................................... 6

V. DISEÑO DE LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION................................................. 9

V.1.1 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS TEORICOS ..................................... 12

V.1.2 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS REALES.......................................... 13

V.1.3 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TORRE................................................ 13

V.1.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE................................................. 15

V.1.5 CALCULO DEL COSTO DE LA TORRE...................................................... 15

VI. DISEÑO DE LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION................................................ 18

VI.1.1 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS TEORICOS ..................................... 21

VI.1.2 CALCULO DE NUMERO DE PLATOS REALES.......................................... 22

VI.1.3 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TORRE................................................ 22

VI.1.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE................................................. 24

VI.1.5 CALCULO DEL COSTO DE LA TORRE...................................................... 24

VII. CONCLUSIONES.................................................................................................. 27

VIII. REFERENCIALES.................................................................................................. 28

ANEXOS ........................................................................................................................ 29

Page 2: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

DISEÑO DE TORRES DE ABSORCION DE

PLATOS PARA EL PROCESO DE ABSORCION

AIRE - SO2 - AGUA

I. INTRODUCCION

La absorción de gases es una operación básica de la ingeniería

química, que estudia la separación de uno o varios componentes de

una mezcla gaseosa por disolución en un líquido. Por lo tanto, en

esta operación se efectúa el transporte de materia del componente o

componentes de la fase gaseosa solubles en el líquido absorbente,

desde la fase gaseosa a la liquida. Nosotros consideramos

solamente el caso más sencillo en que la fase gaseosa contenga

solo un componente soluble en la fase liquida y que, en las

condiciones de operación, el líquido absorbente tenga una tensión de

vapor muy pequeña, que supondremos despreciable a no ser que se

indique lo contrario.

Cuando cualquier componente gaseoso absorbido en un líquido se

separa de aquel por medio otro gas (no soluble en el líquido), la

operación se denomina desorción o stripping, siendo opuesta a la

absorción en cuanto a que representa transporte de materia desde la

fase liquida a la gaseosa.

Dado que los efectos térmicos que acompañan a la absorción suelen

ser muy pequeños, supondremos que estas operaciones se verifican

isotérmicamente.

Transferencia de Masa I Pág. 2

Page 3: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

II. OBJETIVOS

II.1.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar el estudio del diseño de torres de absorción para el proceso

de absorción aire - SO2 - agua

II.1.2 OBJETIVO ESPECIFICO

a) Calcular la curva de equilibrio y operación

b) Determinar el número de platos teóricos

c) Determinar la eficiencia de la columna

d) Determinar el número de platos reales

e) Determinar el diámetro de la columna

f) Determinar la altura de la columna

Transferencia de Masa I Pág. 3

Page 4: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

III. MARCO TEORICO

III.1ABSORCION

La absorción de gases es una operación en la cual una mezcla gaseosa

se pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera

selectiva uno o más componentes del gas y de obtener una solución de

éstos en el líquido. Por ejemplo, el gas obtenido como subproducto en

los hornos de coque, se lava con agua para eliminar el amoniaco;

después se lava con un aceite. Para eliminar los vapores de benceno y

de tolueno. Para que el molesto sulfuro de hidrógeno sea eliminado de

un gas de este tipo o de hidrocarburos gaseosos naturales, el gas o los

hidrocarburos se lavan con diferentes soluciones alcalinas que

absorben a dicho sulfuro. Los valiosos vapores de un disolvente,

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. Generalmente, esta

operación sólo se utiliza para la recuperación o eliminación del soluto.

Transferencia de Masa I Pág. 4

Page 5: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

IV. INGENIERIA DEL PROCESO

IV.1 MATERIA PRIMA

IV.1.1 GASES DE COMBUSTION

Se determinó la composición de los gases de combustión por

estequiometria, productos de la reacción de oxidación de un

combustible residual de composición conocida, se supo de

combustión completa, añadiendo un 10 % de exceso de aire.

Para el propósito de cálculo se consideró la absorción de un solo

compuesto SO2. Para estos cálculos se considera la composición de

los gases en base seca.

Tabla 1.1. Composición de gases de combustión en base seca

COMPUESTOPORCENTAJE EN

MOLESN2 82.975 %O2 2 %CO2 14.980 %SO2 0.045 %

IV.1.2 AGUA

El agua, denominado como el disolvente universal, es la mejor

elección como disolvente, desde un punto de vista medioambiental,

ya que no es ni inflamable, ni tóxica, ni corrosiva. Para el proceso se

utilizara agua potable, el cual el único tratamiento que será necesario

es el de colado y sedimentación.

Tabla 1.2. Propiedades físico-químicas del Agua

Propiedad

Transferencia de Masa I Pág. 5

Page 6: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

Formula H2OMasa Molecular, g.mol-1 18Viscosidad, 25 °C, cp. 0.849Tensión Superficial a 25 °C, dinas/cm 72Densidad, Kg/m3, 4°C 1000IV.2 DESCRIPCION DEL PROCESO

Se va a eliminar el SO2 del gas de producto de la combustión de un

aceite residual. Para esto, el gas se lavara con agua

El gas entra a 0.71 m3/min, a una temperatura de 25 °C y 1 atm, que

contiene 0.045 % en volumen de SO2, el cual se le eliminara un 90 % en

2 torres de absorción.

En la primera unidad de absorción se eliminara el 70 % del SO2. El gas

que abandone la primera torre pasara a una segunda torre donde se

eliminara el 20 % restante de SO2.

IV.2.1 CALCULO DE LA CURVA DE EQUILIBRIO

Para ello en la Tabla 1.3 se muestran los datos de equilibrio a 25°C y

1 atm

Tabla 1.3. Solubilidad del SO2 en agua a 25 °C y 1atm

C (gSO2/100 g H 2O) PSO 2(mmHg)

7.5 602.55.0 394.02.5 188.51.5 188.51.0 69.00.7 45.50.5 31.00.3 12.050.2 7.1

0.15 4.80.10 3.950.05 1.450.02 0.55

Hallaremos X e Y

Transferencia de Masa I Pág. 6

Page 7: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

X=

C(g SO2)100g H 2O

∗1molSO2

64 gS O2

∗18H 2O

1mol H 2O

Y=

ppT

1− ppT

Por dato del problema se cumple:

y=12.87 x

X= Y11.87∗Y +12.87

Y X

0.00000 0.00000000.00010 0.00000780.00020 0.00001550.00030 0.00002330.00040 0.00003110.00050 0.00003880.00060 0.00004660.00070 0.0000544

Transferencia de Masa I Pág. 7

Page 8: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

CURVA DE EQUILIBRIO

Transferencia de Masa I Pág. 8

0.00000000.00001000.00002000.00003000.00004000.00005000.00006000.00000

0.00010

0.00020

0.00030

0.00040

0.00050

0.00060

0.00070

0.00080

Curva d...

X (SO2)

Y (S

O2)

Page 9: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

V. DISEÑO DE LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION

El gas entra a 0.71 m3/min (0.029 kmol/min), a una temperatura de

25 °C y 1 atm, que contiene 0.045 % en volumen de SO2, en la

primera torre se eliminara el 70 % de SO2. El flujo de agua entra a

0.392 kmol/min, a 25 ° y 1 atm

En la tabla 1.4 se muestran los datos de operación:

Tabla 1.4. Solubilidad del SO2 en agua a 25 °C y 1atm

Aire – SO2 AguaCaudal Molar (kmol/min) 0.029 0.392Densidad (lb/pie3) 0.07766 62.113Masa Molecular (kg/kmol) 30 18Viscosidad (cp.) - 0.849Tensión Superficial (dinas/cm)

- 72

Hallamos Y 1:

Sabemos por dato

y NP+1=0.00045

x0=0

Y NP=yNP+1

1− yNP+1= 0.000451−0.00045

=0.00045

%Absorcion=1−Y 1

Y NP

=0.7

Y 1=0.000135

y1=0.000135

Hallamos X NP:Ls

Gs

=Y NP+1−Y 1

X NP−X0

Ls=L0 (1−x0 )=0.392 kmolmin

∗(1−0 )=0.392 kmolmin

Gs=GNP (1− yNP+1 )=0.029 kmols

∗(1−0.00045 )=0.028986 kmols

Transferencia de Masa I Pág. 9

Page 10: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

Ls

Gs

=Y NP+1−Y 1

X NP−X0

X NP=G s

L s(Y NP+1−Y 1 )+X 0

X NP=0.0289860.392

(0.00045−0.000135 )+0

X NP=0.0000233

xNP=0.0000233

En la figura se muestra el diagrama de la torre:

Transferencia de Masa I Pág. 10

Page 11: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

CURVA DE EQUILIBRIO Y OPERACIÓN PARA LA PRIMERA TORRE DE ABSORCION

Transferencia de Masa I Pág. 11

0.0000000

0.0000100

0.0000200

0.0000300

0.0000400

0.0000500

0.00006000.00000

0.00010

0.00020

0.00030

0.00040

0.00050

0.00060

0.00070

0.00080

Curva de Equilibrio

X (SO2)

Y (S

O2)

Page 12: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

V.1.1 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS TEORICOSCalcularemos mediante método analítico por ser más exacto.

Para ello se usan las ecuaciones

X n=Y n

(m−1)∗Y n+m

Y n+1=L s

G s( X n−X0 )+Y 1

Para nuestro proceso

X n=Y n

11.87∗Y n+12.87

Y n+1=0.3920.028986

∗X n+0.000135

Construimos nuestra tabla

n Y n X n

1 Y1 = 0.000135 0.0000105

NP(H) = 2 0.00027684 0.0000215

NP+1(H) = 3 0.00042583 0.0000331

NP+2(H) = 4 0.00058228 0.0000452

Hallamos la fracción:

Transferencia de Masa I Pág. 12

Page 13: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

f = Area de triangulo pequeñoArea de triangulo grande

f =[Y NP+1−Y NP+1(H )]∗[ X NP−X NP(H )]

[Y NP+2 (H )−Y NP+1 (H )]∗[ XNP+1 (H )−XNP( H )]

f=[0.00045−0.00042583 ]∗[0.0000233−0.0000215 ]

[0.00058228−0.00042583 ]∗[0.0000331−0.0000215 ]

f = 4.3506∗10−11

1.81482∗10−9=0.2397

El número de platos teóricos es:

¿ platos teoricos=2+0.2397

¿ platos teoricos=2.2397

5.1.2 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS REALES

Hallamos la eficiencia:

ε 0=N t

N r

∗100=19.2−57.81∗log (μL )

μL=0.849cp

ε 0=19.2−57.81∗log (0.849 )=23.3098

N r=2.23970.233098

=9.6084

¿ platos reales=10

5.1.3 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TORRE

Hallamos G ´ y L ´

Transferencia de Masa I Pág. 13

Page 14: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

G ´=0.029

kmolmin

∗30kg

1kmol∗60min

1hora∗2.205 lb

1kg=115.101

lbh

L ´=0.392

kmolmin

∗18kg

1kmol∗60min

1hora∗2.205 lb

1kg=993.5088

lbh

Calculo de α :

α= L´G´ ( ρG

ρL)0.5

=993.5088115.101 ( 0.0776662.113 )

0.5

=0.3

Para un espaciamiento t=20 pulg

Calculo de V F:

V F=C F( ρL−ρG

ρG)0.5

( σ20 )

0.2

Calculo de CF de la gráfica (ANEXO A)

t CF

0.25 24 pulg

x 20 pulg

0.19 18 pulg

x=CF (20 pulg )=0.21

V F=0.21( 62.113−0.077660.07766 )0.5

( 7220 )0.2

V F=7.668pies

Calculo de V :

Para un sistema conocido no espumante a la presión atmosférica

V=0.9V F=0.9∗7.668

Transferencia de Masa I Pág. 14

Page 15: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

V=6.901 pies

Calculo de An

An=W

V∗ρG

W =115.101

lbh

∗1h

3600 s=0.0319

lbs

An=0.0319

6.901∗0.07766

An=0.0595 pie2

Calculo de AT

AT=An

(1−β )

Donde

β=0.1+ α−0.19

,0.1<α ≤1

β=0.1+ 0.3−0.19

=0.122

AT=0.0595

(1−0.122 )

AT=0.06776 pie2

Calculo de D

D=( 4∗AT

π )0.5

D=( 4∗0.06776π )0.5

D=0.2937 pie

Para un t=20 pulg se cumple D ≤4 pies

D=0.2937 pie=0.8952m

5.1.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE

Transferencia de Masa I Pág. 15

Page 16: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

H= (¿ platos reales−1 )∗t

H= (10−1 )∗20 pulg

H=180 pulg=4.57m

5.1.5 COSTO DE LA TORRE

La torre estará construida de acero inoxidable y contara con

platos perforados.

Para realizar los cálculos de costo de los equipos utilizaremos

la información de los equipos calculada anteriormente del

dimensionamiento de estos. Con la información y con la ayuda

de la tabla A.1, tabla A.2, tabla A.3, figura A.8, tabla A.4, tabla

A.6 y figura A.9 del Apéndice A del libro del Turton:

EQUIPO K1 K2 K3 B1 B2

TORRE 1 3.4974 0.4485 0.1074 2.25 1.82PLATOS 2.9949 0.4465 0.3961 - -

D=0.08952m

H=4.57m

¿ platos reales=10

P=1atm≈1 ¿̄

A=π∗D4

2

=π∗0.089524

2

=0.00629m2

V=A∗H=0.00629∗4.57=0.02874m3

Como nuestra área no está en el rango que encontramos en la

tabla primero hallaremos para la área mínima que es 0.07 m2

Para la torre

A=0.07m2

D=0.2985m

V=A∗H=0.07∗4.57=0.3199m3

El costo se halla:

CBM (TORRE )=Cpo FBM

Hallamos C po:

Transferencia de Masa I Pág. 16

Page 17: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

logC po=K1+K2 logV +K3 ( logV )2

logC po=3.4974+0.4485∗log (0.3199)+0.1074 (log (0.3199 ) )2

C po=2000.099

Hallamos FBM:

FBM=B1+B2F p FM

F p=

(P+1 )∗D

2 [850−0.6∗(P+1 ) ]+0.0315

0.0063

F p=

(1+1 )∗0.29852 [850−0.6∗(1+1 ) ]

+0.0315

0.0063=0.5558

FM=3.5

FBM=2.25+1.82∗(3.5 )∗(0.558 )=5.79

CBM (TORRE−2001 )=$ 11582

Para los platos:A=0.07m2

D=0.2985m

N p=10

El costo se halla:

CBM ( PLATOS )=C po∗N p∗FBM∗Fq

Hallamos C po:

logC po=K1+K2 logA+ K3 (logA )2

logC po=2.9949+0.4465∗log (0.07)+0.3961 (log (0.07 ) )2

C po=1017.54

Hallamos Fq:

log Fq=0.4771+0.08516∗logN p−0.3473( logN p)2

log Fq=0.4771+0.08516∗log (10)−0.3473 ( log (10 ) )2

Fq=1.64

FBM=1.8

CBM ( PLATOS−2001 )=$3004

Transferencia de Masa I Pág. 17

Page 18: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

CBM (COLUMNA ABSORCION−2001 )=CBM (TORRE−2001 )+CBM ( PLATOS−2001 )

CBM (COLUMNA ABSORCION−2001 )=$41626

Para nuestra hallar el costo de nuestra torre hallamos por el método

de escalamiento

I 2=I 1(C2

C1)0.6

CBM (TORRE1−2001)=$ 41626∗( 0.02874m3

0.3199m3 )0.6

=$ 9805

CBM (TORRE 1−2011)=$9805∗MARSHALL−2011

MARSHAL−2001=$

9805∗1473.31093.9

CBM (TORRE 1−2011)=$13205

VI. DISEÑO DE LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION

El gas entra a 0.71 m3/min (0.029 kmol/min), a una temperatura de

25 °C y 1 atm, que contiene 0.0135 % en volumen de SO2 (Lo que

salió de la primera torre), en la segunda torre se eliminara el 70 % de

SO2. El flujo de agua entra a 0.392 kmol/min, a 25 ° y 1 atm

En la tabla 1.5 se muestran los datos de operación:

Tabla 1.5. Solubilidad del SO2 en agua a 25 °C y 1atm

Aire – SO2 AguaCaudal Molar (kmol/min) 0.029 0.392Densidad (lb/pie3) 0.07766 62.113Masa Molecular (kg/kmol) 30 18Viscosidad (cp.) - 0.849Tensión Superficial (dinas/cm)

- 72

Hallamos Y 1:

Sabemos por dato

Transferencia de Masa I Pág. 18

Page 19: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

y NP+1=0.000135

x0=0

Y NP=yNP+1

1− yNP+1= 0.0001351−0.000135

=0.000135

%Absorcion=1−Y 1

Y NP

=0.7

Y 1=0.0000405

y1=0.0000405

Hallamos X NP:Ls

Gs

=Y NP+1−Y 1

X NP−X0

Ls=L0 (1−x0 )=0.392 kmolmin

∗(1−0 )=0.392 kmolmin

Gs=GNP (1− yNP+1 )=0.029 kmols

∗(1−0.000135 )=0.028996 kmols

Ls

Gs

=Y NP+1−Y 1

X NP−X0

X NP=G s

L s(Y NP+1−Y 1 )+X 0

X NP=0.0289960.392

(0.000135−0.0000405 )+0

X NP=0.000007

xNP=0.000007

En la figura se muestra el diagrama de la torre:

Transferencia de Masa I Pág. 19

Page 20: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

Transferencia de Masa I Pág. 20

Page 21: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

CURVA DE EQUILIBRIO Y OPERACIÓN PARA LA SEGUNDA TORRE DE ABSORCION

Transferencia de Masa I Pág. 21

-0.0000100 0.0000000 0.0000100 0.0000200 0.00003000.00000

0.00005

0.00010

0.00015

0.00020

0.00025

0.00030

0.00035

0.00040

Curva de Equilibrio

X (SO2)

Y (S

O2)

-0.0000100 0.0000000 0.0000100 0.0000200 0.00003000.00000

0.00005

0.00010

0.00015

0.00020

0.00025

0.00030

0.00035

0.00040

Curva de Equilibrio

X (SO2)

Y (SO2)

Page 22: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

VI.1.1 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS TEORICOSCalcularemos mediante método analítico por ser más exacto.

Para ello se usan las ecuaciones

X n=Y n

(m−1)∗Y n+m

Y n+1=L s

G s( X n−X0 )+Y 1

Para nuestro proceso

X n=Y n

11.87∗Y n+12.87

Y n+1=0.3920.028996

∗X n+0.0000405

Construimos nuestra tabla

n Y n X n

1 Y1 = 0.0000405 0.00000315

NP(H) = 2 0.0000830 0.00000645

NP+1(H) = 3 0.0001277 0.00000992

NP+2(H) = 4 0.0001746 0.00001357

Hallamos la fracción:

Transferencia de Masa I Pág. 22

Page 23: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

f = Area de triangulo pequeñoArea de triangulo grande

f =[Y NP+1−Y NP+1(H )]∗[ X NP−X NP(H )]

[Y NP+2 (H )−Y NP+1 (H )]∗[ XNP+1 (H )−XNP( H )]

f=[0.000135−0.000083 ]∗[0.000007−0.00000645 ]

[0.0001746−0.000083 ]∗[0.00000992−0.00000645 ]

f = 2.86∗10−11

3.178∗10−10=0.0899

El número de platos teóricos es:

¿ platos teoricos=2+0.0834

¿ platos teoricos=2.0834

VI.1.2 CALCULO DEL NUMERO DE PLATOS REALES

Hallamos la eficiencia:

ε 0=N t

N r

∗100=19.2−57.81∗log (μL )

μL=0.849cp

ε 0=19.2−57.81∗log (0.849 )=23.3098

N r=2.08340.233098

=8.9657

¿ platos reales=9

VI.1.3 CALCULO DEL DIAMETRO DE LA TORRE

Hallamos G ´ y L ´

Transferencia de Masa I Pág. 23

Page 24: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

G ´=0.029

kmolmin

∗30kg

1kmol∗60min

1hora∗2.205 lb

1kg=115.101

lbh

L ´=0.392

kmolmin

∗18kg

1kmol∗60min

1hora∗2.205 lb

1kg=993.5088

lbh

Calculo de α :

α= L´G´ ( ρG

ρL)0.5

=993.5088115.101 ( 0.0776662.113 )

0.5

=0.3

Para un espaciamiento t=20 pulg

Calculo de V F:

V F=C F( ρL−ρG

ρG)0.5

( σ20 )

0.2

Calculo de CF de la gráfica (ANEXO A)

t CF

0.25 24 pulg

x 20 pulg

0.19 18 pulg

x=CF (20 pulg )=0.21

V F=0.21( 62.113−0.077660.07766 )0.5

( 7220 )0.2

V F=7.668pies

Calculo de V :

Para un sistema conocido no espumante a la presión atmosférica

Transferencia de Masa I Pág. 24

Page 25: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

V=0.9V F=0.9∗7.668

V=6.901 pies

Calculo de An

An=W

V∗ρG

W =115.101

lbh

∗1h

3600 s=0.0319

lbs

An=0.0319

6.901∗0.07766

An=0.0595 pie2

Calculo de AT

AT=An

(1−β )

Donde

β=0.1+ α−0.19

,0.1<α ≤1

β=0.1+ 0.3−0.19

=0.122

AT=0.0595

(1−0.122 )

AT=0.06776 pie2

Calculo de D

D=( 4∗AT

π )0.5

D=( 4∗0.06776π )0.5

D=0.2937 pie

Para un t=20 pulg se cumple D ≤4 pies

D=0.2937 pie=0.08952m

VI.1.4 CALCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE

Transferencia de Masa I Pág. 25

Page 26: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

H= (¿ platos reales−1 )∗t

H= (9−1 )∗20 pulg

H=160 pulg=4.06m

VI.1.5 COSTO DE LA TORRE

La torre estará construida de acero inoxidable y contara con platos

perforados.

Para realizar los cálculos de costo de los equipos utilizaremos la

información de los equipos calculada anteriormente del

dimensionamiento de estos. Con la información y con la ayuda de la

tabla A.1, tabla A.2, tabla A.3, figura A.8, tabla A.4, tabla A.6 y figura

A.9 del Apéndice A del libro del Turton:

D=0.08952m

H=4.06m

¿ platos reales=9

P=1atm≈1 ¿̄

A=π∗D4

2

=π∗0.089524

2

=0.00629m2

V=A∗H=0.00629∗4.06=0.02553m3

Como nuestra área no está en el rango que encontramos en la tabla

primero hallaremos para la área mínima que es 0.07 m2

Para la torre

A=0.07m2

D=0.2985m

V=A∗H=0.07∗4.06=0.2842m3

El costo se halla:

CBM (TORRE )=Cpo FBM

Hallamos C po:

logC po=K1+K2 logV +K3 ( logV )2

logC po=3.4974+0.4485∗log (0.2842)+0.1074 ( log (0.2842 ) )2

C po=1924.91

Hallamos FBM:

Transferencia de Masa I Pág. 26

Page 27: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

FBM=B1+B2F p FM

F p=

(P+1 )∗D

2 [850−0.6∗(P+1 ) ]+0.0315

0.0063

F p=

(1+1 )∗0.29852 [850−0.6∗(1+1 ) ]

+0.0315

0.0063=0.5558

FM=3.5

FBM=2.25+1.82∗(3.5 )∗(0.558 )=5.79

CBM (TORRE−2001 )=$ 11147

Para los platos:A=0.07m2

D=0.2985m

N p=9

El costo se halla:

CBM ( PLATOS )=C po∗N p∗FBM∗Fq

Hallamos C po:

logC po=K1+K2 logA+ K3 (logA )2

logC po=2.9949+0.4465∗log (0.07)+0.3961 (log (0.07 ) )2

C po=1017.54

Hallamos Fq:

log Fq=0.4771+0.08516∗logN p−0.3473( logN p)2

log Fq=0.4771+0.08516∗log (10)−0.3473 ( log (10 ) )2

Fq=1.64

FBM=1.8

CBM ( PLATOS−2001 )=$27034

CBM (COLUMNA ABSORCION−2001 )=CBM (TORRE−2001 )+CBM ( PLATOS−2001 )

CBM (COLUMNA ABSORCION−2001 )=$38181

Para nuestra hallar el costo de nuestra torre hallamos por el método

de escalamiento

Transferencia de Masa I Pág. 27

Page 28: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

I 2=I 1(C2

C1)0.6

CBM (TORRE2−2001)=$38181∗( 0.02553m3

0.3199m3 )0.6

=$ 8377

CBM (TORRE 2−2011)=$8377∗MARSHALL−2011

MARSHAL−2001=$

8377∗1473.31093.9

CBM (TORRE 2−2011)=$11283

VII. CONCLUSIONES

La primera torre contara con las siguientes dimensiones: 8.952 cm

de diámetro, 4.57 m de altura y 10 platos de 50.8 cm (20 pulg.) de

espaciamiento entre ellos.

El costo de la primera torre se calcula en $ 13205

La segunda torre contara las siguientes dimensiones: 8.952 cm de

diámetro, 4.06 m de altura y con 9 platos de 50.8 cm (20 pulg.) de

espaciamiento entre ellos.

El costo de la segunda torre se calcula en $ 11283

Transferencia de Masa I Pág. 28

Page 29: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

VIII. REFERENCIALES

BUELNA QUIJADA, Genoveva “Propuesta de diseño y construcción

de un sistema de lavado y purificado de gases de combustión, en

planta piloto; método de absorción-adsorción”, México: Universidad

de Sonora

MARCILLA GOMIS,A “Introducción a las operaciones de separación”,

España: Universidad de Alicante

PERRY, R.H ; GREEN, W ; MALONES, J “Manual del Ingeniero

Químico”, México : Editorial McGraw – Hill, Séptima Edición

TREYBAL, R, E “Operaciones de transferencia de masa”, México :

Editorial McGraw – Hill, Segunda Edición

TURTON, Richard “Analysis, Sinthesis, and Design of Chemical

Processes”, USA

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/wsp_tesis_detalle_nuevo.asp?tesis=4324

Transferencia de Masa I Pág. 29

Page 30: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

ANEXO A

GRAFICA CF:

Transferencia de Masa I Pág. 30

Page 31: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

ESPACIAMIENTO

Transferencia de Masa I Pág. 31

Page 32: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

ANEXO B: METODO GRAFICO TORRE DE ABSORCION N°1

Transferencia de Masa I Pág. 32

0.0000000 0.0000100 0.0000200 0.0000300 0.0000400 0.0000500 0.00006000.00000

0.00010

0.00020

0.00030

0.00040

0.00050

0.00060

0.00070

0.00080

Y (SO2)

X (S

O2)

Object 256

Page 33: Diseno de Torres de Absorcion de Platos Para El Proceso de Absorcion Aire - So2 - Agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química. Torre de Absorción

ANEXO C: METODO GRAFICO TORRE DE ABSORCION N°2

Transferencia de Masa I Pág. 33

-0.00001 0.00000 0.00001 0.000020.00000

0.00005

0.00010

0.00015

0.00020

0.00025

0.00030

0.00035

Y (SO2)

X (S

O2)

Object 256