Columnas empacadas. Cálculo de la sección Problemas

COLUMNAS EMPACADAS. CÁLCULO DE LA SECCIÓN
Columnas empacadas. Cálculo de la sección
Problemas
PROBLEMA 1*. Se desea purificar aire que contiene 11% en volumen de benceno utilizando una
columna de absorción rellena con anillos Raschig de cerámica de 1”. El caudal de aire a tratar es de
1350 m3/h, a 40 ºC y 1 atm. Por la cúspide de la torre, en contracorriente con el gas, entran 800 kg/h de
un líquido absorbente de peso molecular 50 kg/kmol, de densidad 850 kg/m3 y viscosidad 1,40 cp,
siendo la composición del gas de salida 1,2% en volumen de benceno.
Calcular:
(a) Las velocidades másicas del gas y el líquido, si se emplea el 60% de los valores de la
inundación.
(b) El diámetro de la torre.
PROBLEMA 2*. Se desea construir una torre empacada con monturas cerámicas Intalox de 1” para
tratar 708 m3/h de un gas. El contenido de NH3 en el gas que entra es del 2% en volumen. Como
absorbente se usa agua libre de NH3. La temperatura y presión de trabajo son 20 ºC y 1 atm,
respectivamente. La relación entre el flujo de gas y el flujo de líquido es de 1 kg de gas por kg de
líquido.
(a) Si la velocidad del gas es la mitad de la de inundación, calcule el diámetro de la torre.
(b) ¿Cuál es la caída de presión si la sección empacada es de 6,1 m de altura?
PROBLEMA 3*. Se desea evaluar la sustitución de las monturas Intalox de 1” del problema anterior
por un empaque estructurado Gempak 230 A2T (Glitsch).
(a) ¿Qué incremento se espera en la capacidad?
(b) La caída de presión a 50% de la velocidad de inundación ¿será mayor o menor que con las
monturas Intalox? A una velocidad del gas del 90% de la inundación, la caída de presión es de 1,22”
H2O/ft.
PROBLEMA 4*. Una columna de destilación separa n-hexano de n-heptano usando monturas
cerámicas Intalox de 1”. La caída de presión permisible en la columna es de 0,5” H2O/ft. La presión
promedio de la columna es de 1 atm y puede considerarse que la separación es prácticamente
completa, por lo tanto el destilado es casi n-hexano puro y las colas son n-heptano casi puro.
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2014 – Ingeniería Química – UNT
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COLUMNAS EMPACADAS. CÁLCULO DE LA SECCIÓN
La alimentación es equimolar, líquido saturado. En la cabeza, la relación
molar L/V = 0,8. Si F = 1 000 lbmol/h y D = 500 lbmol/h.
Estime el diámetro requerido en la cabeza (Wankat, P. C. Equilibrium Staged
Separations, 1988. Elsevier).
n-hexano:
MA = 86,17 g/mol
TºebA = 69 ºC = 342 K
ρA = 0,659 g/cm
μA (@ 69 ºC) = 0,22 cP
MB = 100,2 g/mol
TºebB = 98,4 ºC = 371,5 K
ρB = 0,684 g/cm
μB (@ 98,4 ºC) = 0,205 cP
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n-heptano:
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PROBLEMA 5. Para separar el 95% del amoníaco de una corriente de aire que contiene 40% de
amoníaco en volumen, se utilizan 221 kmol/h de una cierta disolución por cada 45 kmol/h de gas que
entra, lo que supone un valor superior al mínimo necesario. La temperatura es de 298 K y la presión de
1 atm.
Elegir el relleno y calcular el diámetro de la columna, suponiendo que la disolución absorbente tiene
las propiedades del agua.
PROBLEMA 6. Se usa una torre de absorción rellena de anillos cerámicos Raschig de ½” para tratar
1 200 m3/h (medidos a 27 ºC y 1 atm) de una mezcla benceno-aire de composición 5% en volumen de
benceno. Con el fin de recuperar el 95 % de este gas, se emplea como líquido absorbente 2 000 kg/h
de una aceite de peso molecular 250 que entra en la torre con el 0,3% en peso de benceno. Las
condiciones de operación son 1 atm y 27 ºC, y la velocidad másica del gas es de 1 500 kg m-2 h-1.
(a) Calcule el diámetro de la torre.
(b) Estime cuán alejadas están las condiciones de operación de la inundación de la columna.
PROBLEMA 7. Para eliminar el SO2 de un gas cuyas características son las del aire, el gas será
lavado con una solución acuosa de una sal de amonio en una torre empacada con monturas Intalox de
cerámica de 25 mm. El flujo de gas es de 0,80 m3/s (30 ºC, 1 bar) y contiene 7% de SO2, el cual va a
ser eliminado casi completamente.
La solución de lavado ingresa con un flujo de 3,8 kg/s; su densidad es de 1 235 kg/m3, y su viscosidad
es 2,5·10-3 Pa s.
(a) Escoja un diámetro adecuado para la torre
(b) Si la altura empacada irrigada es de 8,0 m y se utiliza 1 m adicional de monturas Intalox de
cerámica de 25 mm arriba de la entrada del líquido, a guisa de separador de arrastre, calcule la
potencia requerida para hacer circular el gas. La eficiencia global de ventilador + motor es del 60%.
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán llevarse
resueltos a la clase de problemas.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2014 – Ingeniería Química – UNT
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