Problema 1: Solución al diseño de una columna Absorción. Parte I

Problema de Diseño de una Columna de Absorción

Resumen de la Sección: En esta sección, se aborda el diseño de una columna de absorción empacada con anillos Racing de cerámica para separar amoniaco y aire.

Diseño de la Columna

• Se debe diseñar una columna empacada con anillos Racing de cerámica.

• Características del empaque: anillos Racing de cerámica, factor CF 2025, caída de presión 200 Pa/m.

• Proceso de absorción: separación del 99% del amoniaco en contracorriente.

• Entrada líquida contracorriente: agua libre de amoniaco a 600 L/h.

• Condiciones operativas: isobáricamente a 20°C y Una atmósfera.

Datos y Propiedades

• Coeficiente volumétrico fase gaseosa: 165 kmol/(h·m³·atm).

• Resistencia gaseosa: 40% resistencia total.

• Viscosidad fase líquida constante: 0.0012 kg/(m·s).

• Densidad fase líquida: 0.98 g/cm³, pesos moleculares conocidos.

Cálculos y Resultados

• Peso molecular A (amoniaco): 17, B (aire): 29, LS (agua): 18.

• Calcular kg amoniaco recuperado por cada 100 m³ agua y caudal fase gaseosa salida.

• Homogeneización unidades y concentraciones iniciales.

Cálculos Detallados

Resumen de la Sección: En esta parte se realizan cálculos detallados para determinar los kilogramos del amoniaco recuperado y el caudal en la fase gaseosa.

Conversión Fracciones Molares

• Conversión fracción molar a relación molar para composición inicial A1 (amoniaco).

Determinación Concentraciones

• Identificación concentraciones iniciales como xA2 = xB2 = 0 en fracción molde líquido.

Cálculo Guía G2

• Obtención guía G2 mediante relaciones molares entre fases gas-líquido.

Resultados Finales

Análisis Detallado del Proceso de Absorción

Resumen de la Sección: En esta sección, se profundiza en el proceso de absorción y se abordan conceptos clave relacionados con la composición de líquidos, densidades, balances de materia y relaciones molares.

Composición de Líquidos

• Se establece que L2 es igual a ls debido a la composición libre de amoniaco.

• La relación entre L2 y ro (densidad molar del líquido) se expresa como ls dividido por lo del líquido.

Densidad y Unidades Homogéneas

• Se realiza un cálculo para obtener L2 considerando el volumen en metros cúbicos y la densidad en kilogramos por metro cúbico.

• La intensidad molar del líquido se obtiene al involucrar el peso molecular y realizar conversiones unitarias.

Balances de Materia

• Se destaca la importancia de basarse en la concentración para completar un balance de materia en una columna de absorción.

• Se detalla el balance para una columna de absorción, incluyendo los flujos inerciales y las relaciones molares en las fases gaseosa y líquida.

Relaciones Molares y Gráficos

• Se muestra cómo obtener x1 máxima a partir del balance despejando xa1.

• Se calcula la presión parcial utilizando la ley de Dalton para graficar la relación mol entre componentes.

Graficación y Resultados Finales

• Se llena una tabla con valores para graficar la relación entre las composiciones.

• A través de gráficas, se determinan los valores constantes necesarios para el proceso de absorción.

Cálculos Finales

• Se encuentra el valor específico solicitado (xa1 = 0.06526).

Resolución de Problemas Químicos

Resumen de la Sección: En esta sección, se aborda la resolución de problemas químicos relacionados con valores como el peso molecular, densidades y conversiones entre unidades.

Cálculos Iniciales

• Se establece el valor de X a 1 en 0.6526 kilomol/dm³.

• Se convierten los kilomoles a kilogramos para facilitar los cálculos.

• Se elimina los kilomoles del denominador y se ajustan las unidades para simplificar la expresión.

Incorporación de Datos Específicos

• Se introduce el peso molecular del agua y su densidad para realizar más cálculos.

• Ajuste de unidades para cancelar términos y simplificar la expresión final.

Continuación de Cálculos

• Multiplicación y división para obtener una cantidad específica en un volumen determinado.

• Cálculo del gasto volumétrico G2 por hora mediante despejes y relaciones previamente establecidas.

Despeje y Sustitución

• Despeje de variables intermedias para llegar al valor buscado del gasto volumétrico.

• Expresión final que involucra GS y despeje necesario para continuar con los cálculos.

Determinación Final

• Despeje final considerando las condiciones iniciales y valores conocidos.

Análisis Detallado del Proceso de Absorción

Resumen de la Sección: En esta sección, se aborda el cálculo del diámetro de la columna en un proceso de absorción, centrándose en aspectos como el gasto volumétrico y la determinación de la carga.

Cálculo del Diámetro de la Columna

• Se menciona la importancia de considerar la sección transversal controlada para determinar el diámetro de la columna.

• El diámetro de la columna puede obtenerse a partir de una relación de flujo másico entre las cargas, lo que implica calcular el área de sección transversal.

• En un proceso de absorción, se destaca que la transferencia predominante ocurre en ciertas zonas específicas, lo que influye en los cálculos relacionados con las cargas.

• Para determinar ciertos valores como G1 testada y G1 prima testada necesarios en los cálculos, es fundamental considerar aspectos como el peso molecular y flujos asociados a los componentes involucrados.

• Se detalla el cálculo del peso molecular para uno de los componentes (G1), mostrando cómo este valor es crucial para posteriores evaluaciones.

Continuación del Cálculo del Diámetro y Área Transversal

Resumen de la Sección: La discusión continúa con el cálculo detallado del peso molecular y flujos necesarios para encontrar valores clave en el proceso.

Cálculos Detallados

• Se realiza un cálculo exhaustivo del peso molecular para otro componente (G11), destacando su relevancia en los análisis posteriores.

• A través de operaciones matemáticas precisas, se obtiene un valor específico (21.33 3 kilo moles/hora), necesario para futuros pasos en el proceso.

• La unidad resultante (kilo moles/hora) es fundamental para comprender y cuantificar adecuadamente las cargas involucradas en el sistema.

• Tras obtener valores clave como 584.96 kilogramos/hora para G1, se avanza hacia la determinación final del área transversal requerida en la columna.