REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL UNEFA- NCLEO ZULIA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

PRACTICA No 1 DESORCIN EN FASE GASEOSA

Profesor Discentes:Msc Norelis Bello Fernndez B. Andy G. C.I.V-23.466.960 Gil V. Eduardo Jose C.I.V-23.466.960 Seccin: 07- IPE-D07

Maracaibo, 03 de Mayo del 2015INTRODUCCIN TERICA

La gran mayora de la materia prima utilizada en la industria petroqumica se encuentran en forma de mezclas en fase gaseosa, liquida o solida. Usualmente se ponen en contacto fases de diferente naturaleza para separar uno de los componentes de la mezcla original aprovechando diferencias en alguna propiedad en especial. Las fases en contacto podran ser por ejemplo, gas-solido, liquido-liquido, entre otras. En tal sentido se debe mencionar que durante el contacto con las dos fases, los componentes de ellas se redistribuyen de acuerdo a sus propiedades finalmente las fases se separan por medios fsicos simples. De esta manera, mediante una seleccin adecuada de las fases y de lascondiciones de operacin, una de ellas se enriquece en uno de los componentes, logrando as la separacin Cabe destacar La desorcin es una operacin unitaria en la cual se pone en contacto una corriente lquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente lquida a la corriente gaseosa. Por definicin la desorcin es lo contrario a la adsorcin; la eliminacin de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar material.

En este orden de ideas se hace necesario mencionar que entre los procesos industriales en los que se aplica la desorcin estn el despojamiento (stripping) de fracciones del petrleo (derivados), por medio de vapor recalentado que no se condensa en el despojador. Razn por la cual esta operacin unitaria es de gran importancia dentro de la industria petroqumica. En tal sentido debemos destacar que normalmente, las operaciones de absorcin, desorcin y rectificacin se realizan en las denominadas torres o columnas, que son recipientes cilndricos esbeltos, en posicin vertical y en cuyo interior se incluyen dispositivos como bandejas o lechos de relleno. Generalmente, el gas y el lquido fluyen en contracorriente por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el contacto entre las fases y el desarrollo de la superficie interfacial a travs de la cual se producir la transferencia de materia. Hay una amplia gama de equipos que se han diseado con este fin, entre los que se encuentran las columnas de platos, las columnas de relleno, las cajas de aspersin, los separadores de venturi entre otros. En este caso el objeto de estudio ser la desorcin de gases ocurrida en una columna empacada de anillos racking con un dimetro de y la altura del empaque es de 0.85 metros, generalmente estos equipos trabajan a contracorriente.

FUNDAMENTACIN TEORICA

a) Desorcin

La desorcin es una operacin unitaria en la cual se pone en contacto una corriente lquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente lquida a la corriente gaseosa. Por definicin la desorcin es lo contrario a la adsorcin; la eliminacin de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar material.La desorcin es la operacin, inversa de la absorcin, en la cual se produce la extraccin de la fraccin voltil de una disolucin mediante el contacto del lquido con un gas; la transferencia de masa ocurre desde el lquido al gas.

Fig. No 1 Proceso de Desorcin

b) Torres empacadas o de rellenoLas torres empacadas, o torres de relleno, utilizadas para el contacto continuo del lquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El lquido se distribuye sobre stos y escurre hacia abajo, a travs del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.Empaque;El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes caractersticas:1. Proporcionar una superficie interfacial grande entre el lquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado am debe ser grande, pero no en el sentido microscpico.2. Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vaco, o fraccin de espacio vaco, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volmenes de fluido a travs de pequeas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundacin; debe ser baja la cada de presin del gas.3. Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se estn procesando.4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fcil manejo y la instalacin.5. Tener bajo precio.Los empaques son principalmente de dos tipos, aleatorios y regulares.

c) Columna de platos

Son equipos a contracorriente, en los que el contacto se hace en discontinuo sobre unos platos que tienen orificios para el paso de los gases, y un vertedero para transferir el lquido de plato a plato, de manera que los gases ascienden burbujeando por los orificios..d) Equipos de absorcin y desorcin

Fig. No 2 Equipos de Absorcin y Desorcin

e) Funcionamiento de las columnas de platos

Fig No 3 Columna de Platos Cada plato constituye una etapa, puesto que sobre el plato se ponen los fluidos en contacto intimo, ocurre la difusin interfacial. El nmero de platos tericos o etapas en equilibrio depende de lo complicado de la separacin. El dimetro de la torre depende de las cantidades de lquido y gas que fluyen a travs de la columna por unidad de tiempo. Alta eficacia de transferencia de materia (depende de la calidad y tiempo de contacto). El tiempo de contacto depende de la laguna liquida sobre cada plato la cual debe ser profunda y de velocidades relativamente elevadas del gas.

f) Funcionamiento de las columnas de burbujeo

Una corriente de gas en forma de pequeas burbujas, es introducida en el lquido. Si el dimetro del tanque es pequeo, el burbujeador localizado en el fondo del tanque puede ser un simple tubo abierto. El propsito del burbujeo es poner en contacto el gas burbujeado con el lquido. Circulacin de las dos fases en contracorriente. Se utilizan cuando se requiere una cada de presin muy baja.

Fig. No 4 Columnas de Burbujeo

g) Funcionamiento de las columnas empacadas Alternativa a las torres de platos. Variacin contina de la concentracin en toda la torre. Circulacin de las dos fases en contracorriente. Contienen un material de soporte (relleno). Alta eficacia de transferencia de materia (depende de la calidad y tiempo de contacto)

h) Consideraciones del diseo

Especificaciones:

1. Flujo de gas y lquido, composicin, temperatura y presin2. Grado de separacin deseada3. Seleccin del desorbedor4. Presin y temperatura de operacin y cada de presin permisible5. Mnima cantidad de absorbente6. Numero de etapas de equilibrio7. Efectos del calor8. Equipo requerido9. Altura del desorbedor10. Dimetro del desorbedor

Fig No 5 Diseo de las torres de relleno

i) Trazado de etapas en el proceso de desorcin En este mtodo se calculan las etapas de una torre empacada de desorcin donde interactan y se vinculan la lnea de operacin y la curva de equilibrio de manera grafica donde la lnea de operacin de ubica por el rea inferior a la curva de equilibrio, como se puede observar en la figura No 6.

Figura No 6. Trazado de etapas en el proceso de desorcin DESCRIPCION DEL EQUIPO

Torre empacada de vidrio borosilicato, equipada con: (a) manmetro diferencial de agua, (b) rotmetro y (c) tanque para almacenamiento de agua. Por otro lado, las partes estructurales de la columna empacada son: Una torre de vidrio borosilicato envolvente. Esta es una columna cilndrica vertical que contiene un plato de soporte para todo el material de empaque. Dos aberturas que conforman la entrada y salida de ambas fases en la parte inferior y superior de la estructura de vidrio borosilicato. Un dispositivo de distribucin para la entrada de la fase lquida, diseado para proporcionar la irrigacin eficaz del empaque, y colocado en la parte superior de la torre. Recibe el nombre tambin de "manifold" de entrada de la fase lquida. Anillos raschig de pulgadas de dimetro y un cm de altura, los cuales conforman el empaque. Este es un dispositivo para proporcionar una redistribucin del lquido dentro de la torre, y aumentar el rea de contacto entre este y la fase gaseosa.

Fig. No 6 Equipo de laboratorio DATOS EXPERIMENTALESSistema 6 H2O-CO2- AireTabla No1 Datos de la titulacin Tiempo (Seg)MuestraVp (mL)

0m010

180m16

360m25

540m34,2

720m43,5

900m52

QL=0,75 m3/seg Qg=1,45 m3/seg Mo=2,5 mol/L NaOHTabla No 2. Condiciones de EquilibrioSistema 6CO2

Constante de Henry105

Presin 101.325 kPa

Temperatura25 Centgrados

Tabla No 3. Propiedades de las ComponentesPropiedades Valor

Densidad del Liquido (H20)997 kg/m3

Densidad del Soluto CO21,842 kg/m3

Densidad del Aire1,185413248 kg/m3

Peso Molecular del Agua18 kg/kmol

Peso Molecular del Soluto CO244 kg/kmol

Peso Molecular del Aire29 kg/kmol

Viscosidad del agua8,747x10-4 kg/m.seg

RESULTADOS EXPERIMENTALES

1. Construccin de Curva de Desorcin ( Concentracin Vs Tiempo)

Tabla No 4. Curva de Desorcin

T( Seg)Mm (mol/L)Mm/Mo

02,5-

1801,50,6

3601,250,5

5401,050,42

7200,8750,35

9000,50,2

Grafica No.1 Curva de Desorcin

2. Y2Y2.1=0,4849Y2.2=0,6006Y2.3=0,6928Y2.4=0,7725Y2.5=0,9433Relaciones de Fondo y Tope

Diagrama No 1. Relaciones de Fondo y Tope

X2=0,02597x2=0,02532

Anillos Rashing Diametro= pulg TorreDiamtero= 0,155 mAltura= 1,5 m EmpaqueAltura=0,85 m

L1=XSalX1.1=0,01519X1.2=0,01258X1.3=0,01052X1.4=8,7328x10-3X1.5=4.9449x10-3

Y1=0y1=0

3. Curva de Equilibrio para el sistema

Tabla No 5. Datos de Equilibrio

XY

00

0,0010,1171

0,0030,4578

0,0051,0937

0,0072,7022

4. Construccion de la Linea de Operacin

Tabla No 6. Datos para Construir la curva de equilibrioXY

0,015120,9433

0,012550,7725

0,010550,4578

0,008721,0937

0,004932,7022

7. Determinacin de la velocidad de inundacin del proceso

Ginund TericaGind ExperimentalError

0,08141,33393,89

8. Cantidad mnima de aire requerida

ANLISIS Y DISCUSIN DE LOS RESULTADOS

En cuanto respecta a los anlisis de los resultados de la presente practica podemos mencionar lo siguiente: En la presente prctica se trabajo con un ensayo en particular, el cual consta de varias muestras obtenidas a la salida de una torre de desorcion, para posteriormente determinar la concentracin de soluto en cada una de ellas a cierto tiempo, logrando de esta manera construccin la curva de Concentracin vs Tiempo (Grafica No 1), en la cual se puede observar una correlacin exponencial con un porcentaje de error en la curva de 5,1%, adems en la figura No 1. Podemos observar que la concentracin disminuye con al transcurrir del tiempo, lo que indica que se llevo a cabo un proceso efectivo de desorcin por la disminucin de soluto presente en cada muestra.

En cuanto respecta al apartado No 2. de las concentraciones de tope y fondo en dicha torre de desorcin se determinaron mediante el uso del balance de masa, donde la concentracin de tope (Y2) se despeja de dicho balance, obtenindose distintos de Y salida. En el diagrama No 1 podemos observar que el liquido esta siendo limpiado por el gas, debido a que la Xentrada son menor a las diferentes Xsalida.

Por otra parte podemos observar en el grafico No 2 el sistema de equilibrio liquido/gas se puede analizar que sus fracciones varan de forma creciente dependiendo del tiempo en cada una de ellas, debido a que en dicho en proceso se quiere obtener concentraciones puras del soluto, logrando esto mediante el uso de un gas limpiador en este caso que nos ocupa el gas es el aire ya que lo disponemos en la naturaleza sin ningn costo alguno, el cual retira el soluto del lquido. Para dicho sistema( Sistema No 6 ) se construyo la curva de equilibrio partiendo de datos los datos obtenidos a partir de la ecuacin de Henry , valores observados en la Tabla No 5, estos datos son posteriormente representados grficamente (Grafica 2 sistema de Equilibrio Liquido- Gas ) en el presente grafico obtuvimos una correlacin polinmica de segn grado con un margen de error en la curva de 0,9% . En cuanto respecta a la construccin de la lnea de operacin se obtuvo mediante los datos obtenidos a la salida del sistema de desercin, en este caso la lnea se ubicado a cierta distancia de la curva de equilibrio, donde a mayor distancia de la misma mayor transferencia existir, por lo que dicho proceso se muestra eficiente. Haciendo referencia al apartado No 5, podemos afirmar que no se cumple el proceso de absorcin debido que en este proceso el lquido limpia al gas obtenindose todo lo contrario es decir el liquido es limpiado por el gas. Para la eficiencia del proceso mediante los balances de masa dentro de la torre, se utilizo la altura real de dicha torre con la altura terica, la cual es obtenida a travs de la ecuacin de colbum como se puede apreciar en los apndice de este informe, resultando que dicha eficiencia no es la adecuada posiblemente por la suministracin de datos experimentales errneos. Por otra parte cabe destacar la velocidad de inundacin se determino de forma experimental y tericamente, donde la velocidad experimental se hallaopor medio de la grafica de lobo, como podemos apreciar en los apndices y en la velocidad terica a travs de la ecuacin de Leva despejando el Gind y en el presente apartado pudimos constatar que existe un margen de error bastante alto , probablemente por los distintos mtodos utilizados. La cantidad mnima de aire se determino utilizando los balances de masa o materia, despejando (G/L)= m , destacando que el presente caso debemos obtener un Ym partiendo de una recta tangente en nuestro primer punto de operacin con respecto a la curva de equilibrio, entrando con entrada y posteriormente obtener Gmin, donde dicho proceso es efectivo dado que este valor resulto menor que el Gop, lo que demuestra que la desorcin se llevo a cabo en las condiciones establecidas. CONCLUSIONESEn cuanto respecta a las conclusiones del presente informe podemos mencionar: Segn establece la teora se pudo determinar por medio de mtodos experimentales la obtencin de la curva de Concentracin vs Tiempo, observndose en la Grafica 1 donde la concentracin disminuye con al trascurrir el tiempo, lo que indica que se llevo a cabo un proceso de desorcin que establece por definicin que la desorcin es una operacin unitaria en la cual se pone en contacto una corriente lquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente lquida a la corriente gaseosa. por la disminucin de soluto presente en cada muestra, al igual que las distintas concentraciones de tope (Y2) experimentales en cada tiempo y cada variacin de soluto en el liquido (X1).Para el sistema liquido/gas obtenido en el presente estudio , sus relaciones de salida del gas (composiciones) varan de forma creciente dependiendo del tiempo en cada una de ellas, mientras que con respecto al liquido disminuyen las relaciones debido a que en dicho en proceso se quiere obtener concentraciones puras del soluto, razn por la cual se debe construir donde la curva de equilibrio a partir de de la ecuacin de Henrry que establece que y=hx, obteniendo mediante el calculo de las relaciones molares los valores de X y Y (Grafica 2). Es de importancia destacar que segn lo que estable la anlisis tericos en el proceso de desorcin la Lnea de operacin se encuentra por debajo de la curva de equilibrio, resultando en el caso que nos ocupa el cumplimiento de los establecimientos tericos; adems se debe mencionar que la lnea de operacin se encuentra a una distancia considerable a nuestra curva de equilibrio resultando un proceso eficiente ,debid0o que a mayor distancia la lnea de operacin de la curva de equilibrio mayor transferencia existir. En cuanto a la eficiencia del proceso obtenidos a partir del balance de msa entorno a la columna esta resulto no ser la adecuada, posiblemente por la suministracin de datos experimentales errneos. En el caso de la velocidad de inundacin experimental y terica (Gmin) se puede observar una apreciable diferencia entre ambos, probablemente por los distintos mtodos utilizados y por ultimo, la cantidad mnima de aire en este proceso es efectivo dado que este valor result menor que el Gop, concluyendo que la desorcion se llevo a cabo de forma efectiva.

APENDICE 1. Construccin de Curva de Desorcin ( Concentracin Vs Tiempo)

Para poder determinar la concentracin

MpVp= MmVm Despejando

Donde Vp= 10 mL y Mp= 2,5 mol/ L

2. Relaciones de Fondo y de Tope Para el liquido

Donde ; =1.44342kmol/m3

x2=0,02532X2=X2= Para El Gas

Balance general ------------ nSto*Lent=X2Len

Donde Lent=QL*L

Lentrada=L2=0,75 m3 /seg*67,91 kg/m3

L2= 50,9325 kg/Seg

L*= L (1-x2)* 1/PM H2OL*= 50.9325 Kg/seg(1-0,0253) * 1/ 18 kg/kmolL*= 2,7579 kmol/seg

Para el Clculo de G se determina mediante la ecuacin de gases ideales segn se muestra a continuacin:

Donde:Presin= 1 atmosfera Qg= 1,5 m3/segR : Constante Universal de los gases= 0,08206 atm*m3/ kmol* KT: Temperatura en Kelvin= 25+273.15=298,15

G=0,06130 kmol/seg

Como Yent= 0 G=G*= 0,06130 Kmol/seg

De la relacin siguiente :

De esta relacin obtenemos Ysal=Y2= 0,4849

Nota: Todas las relaciones de la salida del gas se muestran en el diagrama No 1. Relaciones de Fondo y Tope

3. Curva de equilibrio

Segn el sistema 6 el valor de la constante de Henry es 105

Entonces tenemos la ecuacin de equilibrio

y=hx donde h=105

En este sentido obtenemos lo siguiente:

Calculo Tpico Para X= 0,001

Y= 0,1171

Los dems valores para la construccin de la curva de equilibrio se muestran en la Tabla No 5.

4. Construccin de la Lnea de Operacin

En La construccin de la Lnea de Operacin se muestran los datos en la Tabla No 6. Obtenidos de la salida del liquido y gas del apartado 2 segn se muestra en el diagrama No1.7. Calculo de la velocidad de inundacin del proceso Anillo Rasching de pulg

Donde :

Densidad del gas= 1.842 kg/m3Densidad del liquido(H2O) = 997 kg/m3

Por la Fig 6.11 Grafica de Lobo o tambin lo podemos obtener por la Grafica 6.34 de las coordenadas de Hecker. Figura 6.11 Grafica de Lobo

De Esta manera obtenemos que Y= 0.025

Donde:g= gravedad m/seg2

(op/E3)= constante para anillo Rasching de pulg

Este valor representa la velocidad de inundacin experimental.

Para el clculo de la velocidad de inundacin terica tenemos lo siguiente:De la siguiente tabla se extrae el valor de DeltaP/Z para el tipo de empaque anillo Rasching de pulg.

DeltaP/Z = 3.5 x x x DeltaP/Z= 2860,18 Pa/mDe la ecuacin de leva partimos para hallar el valor de Gind terico.

De esta ecuacin obtenemos Gind= 0,081448. Cantidad mnima de aire requerida

Tabla de Empaques REFERENCIA BILBIOGRAFICAS

1. Perry R.H, Chilton C.H, Manual del Ingeniero Quimico. McGRAW-HILL.

2. Treybal, Robert E (1996), Operaciones de Transferencia de Masa. Segunda Edicion. Editorial McGRAW-HILL, Mexico.

3. McCabe-Smith- Harriot (2002), Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Sexta Edicion. Editorial McGRAW-HILL, Mexico

4. - SEADER, J; HENLEY E. Separation process principles.