Problemas de Ingeniería Química Hoja 7.- Absorción

Problemas de Ingeniería Química
Hoja 7.- Absorción
1.- Un gas combustible procedente de un gasificador de carbón contiene amoníaco, con una fracción molar
de 0,03, la cual se desea reducir a un valor de 0,001. Para ello se trata el gas, en una columna de absorción de
relleno, con agua en contracorriente. El caudal de gas tratado es de 4,26 m3/s medidos en condiciones
normales y la fracción molar de amoníaco en la corriente acuosa que abandona la columna es 0,025. La
columna tiene un diámetro de 2,5 m y para el coeficiente volumétrico global de transferencia de materia
referido al gas (KG.a PT) puede tomarse un valor de 0,03 kmoles/(m3.s). La relación de equilibrio para el
sistema considerado viene dada por y = 0,6 x. Calcular:
a) Caudal de agua alimentado a la columna.
b) La altura de la columna.
c) El número de unidades de transferencia referidas al gas.
d) El valor del coeficiente global de transferencia de materia referido al líquido (K L.a.CT).
Sol.: a) 0,22 kmol/s; b) 7,24 m; c) 5,6; d) 0,0178 kmol/m3s
2.- El dióxido de carbono desprendido en un proceso de producción de etanol contiene un 3% de etanol. Se
desea recuperar el 98% del etanol contenido en el gas mediante su absorción con agua en una columna de
relleno. El flujo del gas a tratar es de 150 kmol/(h.m2) y el de agua de 260 kmol/(h.m2). El coeficiente global
de transferencia de materia KG.a.PT tiene un valor de 275 kmol/(h.m3). A la temperatura de trabajo el
equilibrio para este sistema puede representarse mediante la relación y = 1,068 x. Calcular:
a) Altura de columna necesaria.
b) Altura de cada unidad de transferencia.
c) Valor del coeficiente global de transferencia de materia referido al líquido (KL.a.CT).
Sol.: a) 4,24 m; b) 0,54 m; c) 278,28 kmol/m3h
3.- En una torre de relleno de 3 m de altura, que trabaja a presión atmosférica, se trata una corriente de aire,
que contiene 315 ppm de CO2, con una disolución de NaOH. El gas a la salida de la torre tiene una
concentración de CO2 de 31 ppm y su flujo es de 0,34 kg/m2.s. Determinar el valor del coeficiente global de
transferencia KG.a.PT.
Sol.: 0,00893 kmol/m3s
4.- En una fábrica se emplea una columna de absorción de relleno de 7 m de altura para tratar una corriente
de gas con una concentración de Cl2 de 680 ppm. La absorción se realiza con una disolución de hidróxido
sódico al 10%, por lo que puede suponerse que el cloro reacciona cuantitativamente con el hidróxido para
formar las sales correspondientes según el siguiente esquema de reacción:
Cl2 + 2 NaOH  NaClO + NaCl + H2O
El flujo de gas es 1000 m3N/(m2.h) y el de la fase líquida 72 kmol/(m2.h). La fracción molar de
hipoclorito sódico en la corriente de líquido a la entrada de la columna es de 0,0004 y a la salida de
0,000815. Calcular:
a) Concentración de Cl2 en el gas tratado en ppm.
b) Valor del coeficiente global de transferencia de materia KG.a.PT.
c) Número de unidades de transferencia requeridas.
Sol.: a) 10 ppm; b) 0,00747 kmol/m3s; c) 4,22.
5.- Una corriente de aire que contiene 1,5 g NH3/m3 de aire (c.n.) se trata con agua en contracorriente en una
columna de absorción que opera en continuo. La columna consiste en una torre de relleno de 2 m de
diámetro. El caudal de aire es de 25000 m3/h (c.n.) y el de agua 15 m3/h. La corriente de aire que abandona la
torre se hace pasar a través de una disolución de H2SO4 para retener el NH3 residual como (NH4)2SO4 de
acuerdo a la siguiente reacción:
H2SO4 + 2 NH3
(NH4)2 SO4
La reacción puede considerarse completa y la cantidad de sulfato amónico obtenida es de 200 kg/día.
Para el coeficiente volumétrico global de transferencia de materia KL.a.CT puede tomarse un valor de 50
moles/m3s y la relación de equilibrio viene dada por Y=0,6 X. Determinar la altura de la columna.
Sol.: 8,2 m.
6.- Se desea recuperar acetona contenida en una corriente gaseosa mediante su absorción sobre agua.
Inicialmente, una corriente de aire que contiene acetona (8% en fracción molar) se trata con agua en
contracorriente en una columna de absorción de relleno. Se desea reducir la concentración de acetona en el
gas hasta una fracción molar del 0,5%. El caudal másico de agua utilizado es 50000kg/h. La concentración
de acetona que sale con la corriente acuosa es del 4%. La columna tiene un diámetro de 2 m y el coeficiente
volumétrico global de transferencia de materia referido al gas (KGaPT) es 0,015 kmol/m3s. La relación de
equilibrio para el sistema viene dada por y = 1,75 x. Calcular:
a) La altura de la columna necesaria para conseguir esta separación.
b) El coeficiente volumétrico global de transferencia de materia referido al líquido (KLaCT).
c) ¿Cuál sería la máxima concentración posible de acetona en la corriente acuosa que abandona la
columna?.
Sol.: a) 9 m; b) 0,026 kmol / m3 s; c) 0,0457 kmol acetona / kmol agua