Absorcion No Isotermica

UNI-FIQT  PI 147/A. CICLO 2009-2 ABSORCIÓN NO ISOTÉRMICA

Ing. Rafael J. Chero Rivas

CALOR INVOLUCRADO EN LA  ABSORCIÓN DE GASES  Calor de solución de soluto (calor de mezclado, calor de reacción). Calor de condensación o vaporización del soluto El intercambio de calor sensible entre la fase gas y líquido. El intercambio de calor sensible desde el fluido debido al enfriamiento externo o interno o a la atmósfera por la pared de la torre.

Sistemas en los cuales no puede  ser ignorado el efecto de calor: Absorción de NH3 en agua Secado del aire con H2SO4 Absorción de HCl con H2O Absorción de SO3 con H2SO4 Absorción de acetona en agua

¿Qué se debe hacer si el efecto del calor no es despreciable? • Realizar intercambio de calor entre el sistema y los alrededores (enfriar o calentar el sistema), de tal manera de conseguir las condiciones isotérmicas. • Realizar cálculos, de tal manera de considerar esta variación de temperatura a lo largo de la columna.

¿Qué hace que se tenga un significante efecto en la temperatura? 1. Un apreciable calor de solución. 2. Absorción de grandes cantidades de soluto en la fase líquida. Cuando el soluto es absorbido muy rápidamente, el flujo de liberación de calor frecuentemente es muy grande cerca del fondo de la torre.

Columna de Absorción El calor de absorción de un soluto (gas) incrementa la temperatura de la solución.  Adicionalmente, si el líquido es volatil, la evaporación enfría el tope de la columna. Esto hace que el perfil de temperatura en la columna presente un

Se considera que el solvente está completamente definido. Se conoce la presión, composición inicial y temperatura del mismo. TL 0

TG1 Datos Presión, p Flujo del Gas, GNp+1

Especificaciones Composición de salida del Gas, y1

Incógnitas Flujo de ent del Solvente, L0

L0

y1

x0

Número de etapas, Np

Composición del Gas, yNp+1

Composición del solvente, xn

Datos de Equilibrio, y = f(x,T)

Flujo de sal del Solvente, Ln

Composición del solvente, xo

Temp de salida del Líq, TLn

Temperatura de Gas TGNp+1

Temp de salida del gas, TG1

Temperatura de entrada del líquido, TL0

G1

n

p

y = f(x,T)

yn+1

xn

Método de cálculo En el cálculo de absorción isotérmica se hacen las siguientes consideraciones: •

No existe intercambio de calor con las paredes de la columna

•

Las corrientes del gas y del líquido salen de una etapa a la misma temperatura

Los cálculos de diseño deben considerar: 1.

Balances de Energía

2.

Cambios de L y G en la columna

Los cambios en los fujos de líquido y gas son importantes cuando se trabajan con altas concentraciones de soluto. Estos cambios en los flujos

Solución del sistema Para resolver el problema, las temperatura de salida del gas y la cantidad de solvente líquido son estimadas o calculadas. Los valores necesarios del fondo de la columna pueden ser calculados por balances de materia y energía. Realizar balances de materia que incluyan toda la columna ( línea de contorno verde) Desde estos balances, todas las incógnitas de la primera etapa pueden ser  calculadas. Luego, empezando por el fondo, estos balances (de materia y energía) son repetidos etapa por etapa, hasta que se alcanza las condiciones calculadas en la  primera etapa, esto es hasta que se logre la convergencia.

 Metodolgía de cálculo: 1. Asumir la temperatura del plato 1. 2. Calcular HG1 (entalpía gas sale del plato 1). 3. De un balance de energía en toda la columna, calcular HLNp 4. Con el dato de entalpía, calcular T Np 5. Aplicando la relación de equilibrio: calcular y* Np 6. Calcular G Np = Gs/(1+y Np) 7. Calcular HGNp

8. Balance de materia (total), calcular L Np-1 9. Balance de soluto: calcular x Np-1 10. De un balance de energía HLNp –1 11. Con el valor de Entalpía calculado, calcular T Np-1 12. Los cálculos se continúan en igual forma hacia la  parte superior de la torre. El cálculo se detiene cuando se alcanza el valor y1. 13. Para ese valor de y1, le corresponde un valor calculado igual a T1. 14. El valor asumido T1 debe ser igual a este valor calculado.

Balances de Materia y Energía L

0

+

L x 0 0

G +

Np + 1 G

=L

Np

+

G

y

Np + 1 Np + 1

1

=

L

x

Np Np

+

G y 1 1

L 0HL0 + GNp +1HGNp +1 = LNpHLNp + G1HG1 HL = CL (tL − to) +  ΔHS HG = y[CLAM A(tG − to) + λ  AΜ A] + (1 − y)[CLBMB(tG − to)] Para absorción, el flujo del líquido aumenta del fondo al tope de la columna. Lo mismo ocurre con el gas. Esto es debido a la cantidad de soluto absorbido.