Bcsm_u3_a2_karv qh6g

Universidad Abierta y a Distancia de México

Carrera: Ing. en Biotecnología Materia: Operaciones unitarias Grupo: BI-BOU1-1901-B1-001
 Unidad 2: Operaciones unitarias de transferencia de calor Actividad: Evidencia de aprendizaje Nombre del alumno: Karen Reyes Villarreal Matrícula: ES162010538
 Fecha de elaboración: 8 de marzo de 2019

Resolver los siguientes ejercicios:
 1.1 Obtén la constante de Henry para los siguientes casos: •

a) C2H4 a 25°C en agua

Pi = Hxi Pi= Presión parcial de A en el gas, en atm H= Constante de Henry, en atm xi= Fracción mol de A en el líquido Interpolación lineal yx = y0 + x -x0 / x1 - x0 (y1 - y0) y25 = 1.02 + (25 - 20 / 30 - 20) (1.27 - 1.02) y25 = 1.02 + (5 / 10) (1.27 - 1.02) y25 = 1.02 + (.5) (.25) y25 = 1.02 + .125 = 1.145 * 10-4 atm •

b) O2 a 35°C en agua

y35 = 4.75 + 35 - 30 / 40 - 30 (5.35 - 4.75) y35 = 4.75 + (5 / 10) (.6) y35 = 4.75 + (.5) (.6) y35 = 4.75 + .3 = 5.05 * 10-4 atm •

c) SO2 a 25°C en agua con xa=0.00279

Pa: 59 mmHg y 79 mmHg (20 y 30) Despejamos la Ley de Henry: H = Pi /xi xi= 0.00279

Interpolación lineal yx = y0 + x -x0 / x1 - x0 (y1 - y0) y25 = 59 + (25 - 20 / 30 - 20) (79 - 59) y25 = 59 + (5 / 10) (20) y25 = 59 + 10 = 69 mmHg Sustituimos los valores para obtener H:




H = 69/0.00279 = 24731.18 mmHg = 32.541026 atm

1.2 (McCabe, 2007: 643) problema 18.3 Un gas soluble se absorbe en agua utilizando una torre empacada. La relación de equilibrio puede tomarse como ye=0.06xe. Las condiciones terminales son las siguientes:

Si Hx= 0.24m y Hy= 0.36m, ¿cuál será la altura de la sección empacada? Fórmulas Altura de la torre: Zt = N oy * H oy Balance de materia: V (yi - ys) = L (xi - xs) V/L = (xi - xs)/(yi - ys) Número de unidades de transferencia: N oy = yb - ya / Δ yL Calcular datos de equilibrio a partir de los datos de operación: y*a = 0.06 * 0 = 0 y a = 0.001 y*b = 0.06 * 0.08 = 0.0048 y b = 0.009 Balance de materia V (yi - ys) = L (xi - xs) V (0.009 - 0.001) = L (0.08 - 0) V/L = 0.08 / 0.008 = 10 m V/L = 0.06 * 10 = 0.6

Fuerza impulsora media logarítmica Δ yL = (yb - y*b) - (ya - y*a) / In (yb-y*b/ya) = (0.009 - 0.0048) - (0.001 - 0) / ln ( 0.009 - 0.0048 / 0.001) (0.0042) - (0.001) / ln ( 0.0042 / 0.001) (0.0032) / ln (4.2) = 0.00222 Número de unidades de transferencia: N oy = yb - ya / Δ yL = (0.008) / 0.00222 = 3.603 Altura de una unidad de transferencia: H oy = H y + m V/L Hx = 0.36 + (0.6)(0.24) = 0.144 + 0.36 = 0.504 m Altura de la torre de absorción: Z t = No oy* H oy = 3.603 * 0.504 = 1.815 m

1.3 (McCabe, 2007: 643) problema 18.5 Una corriente de vapor que contiene 3.0% mol de benceno se va a purificar mediante lavado con aceite en un absorbedor empacado con el fin de reducir la concentración de benceno en el gas a 0.02%. El aceite tiene un peso molecular promedio de 250, una densidad de 54.6 lb/ft3 y contiene 0.015% de benceno. El flujo de gas es de 1500 ft3/ min a 25°C y 1 atm.

Número de unidades de transferencia: N oy= yb - ya / Δ yL Fuerza impulsora media logarítmica Δ yL = (yb - y*b) - (ya - y*a) / In (yb-y*b/ya) Si se asume una solución ideal, la línea de equilibrio sería: yt * = Pi / Pt (xt) a) Si el sistema opera isotérmicamente a 25°C con flujo de líquido de 14000 lb/h ¿cuántas unidades de transferencia se requieren? La información para el Benceno es tomada del manual Perry 6ta Ed. P 3-50 T, ºC

P´mmHg

15.4

60

26.1

100

42.2

200


 HV = 103.57 cal / g * 78.11 * 1.8 = 14.560 BTU / lb mol Interpolación: a 25 ºC, P´ = 95 mm Hg

Asumiendo soluciones ideales: P=P´X Para operación a 25ºC, y* = p / 760x = 0.125x Entrada de aceite: 14,000 lb / h La =14000/250=56lb mol/h Xa=

14000*0.00015 =4.80*10-4 LaXa =0.0269 lbmol/h 78.11*56

Vb=(1500*273)/(359*298)=3.828 moll/min o 229.7lbmol/h Vbyb=229.7*0.03=6.891 lbmol/h Si n mol/h son absorbidos 6.891 – n=0.0002 (229.7-n) N=6.846 lbmol/h

o 534,7lb/h

Va=229.7-6.846=222.85 La/Va=56/222.85=0.251 Xb=(LaXa + n)/Lb=(0.0269+6.846)/(56+6.846)=0.1094 Yb* =0.125*0.1094=0.0137 Yb-yb*=0.03-0.0137=0.0163 Ya*=0.125 x 4.80*10-4=6*10-5 Ya-ya*=2*10-4 – 6*10-5=1.4*10-4

∆yL

=

0.0163 − 1.4*10−4 ln(

0.0163 ) 1.4*10−4

= 3.40*10-3

Usamos la ecuacion (18.9) ya que para estas concentraciones bajas el funcionamiento de la línea seria casi recta. Noy= (0.03-(2*10-4)/(3.40*10-3)= 8.76 unidades de transferencia

b) ¿Cuántas unidades de transferencia se necesitarían si operase adiabáticamente? Benceno absorbido: 6.846 lb mol / h Calor liberado: 6.846 * 14560 = 99678 BTU / h Para estimar la capacidad de calor del aceite, use la información del apéndice 15ª 80ºF Decano

=0.43

Diphenyl

= 0.40

Nafteleno

: 0.38

Asuma = 0.4 BTU / lb - ºF para el aceite absorbente. Si la corriente de gas se escapa a 25ºC y ninguno de los solventes se evapora, todo el calor de absorción es usado para calentar el líquido. Incremento de temperatura= " Tsalida=25+9.5=34.5°C

99678

(14000 + 534.7)*0.4

= 9.5°C

P'=142mmHg

Yb*=(142*0.1094)/760= 0.0204 Yb – yb*=0.03 – 0.0204= 0.0096 Cuando la mitad del benceno es absorbido dentro del líquido (m = punto medio) Xm=[(6.846/2)+0.0269] / [56+(6.846/2)]=0.0581 Asumimos T=25+(9.5/2) = 29.75°C P'=117mmHg Ym*=(117*0.0581)/760=0.00894 ym=[6.891-(6.846/2)] / [229.7 – (6.846/2)]=0.0153 ym – ym*=0.0153 – 0.00894= 0.00636 Divida la columna dentro de 2 partes y use la Eq. (18.19) para cada parte En el tope: En el punto medio:

∆y= 0.00014 ∆y= 0.00636

∆y1= 0.00163 Parte del tope = Noy=

0.0153 − 0.0002 =9.26 0.00163

En el punto medio = Y = 0.00636 En el fondo = Y = 0.00960 ∆yL=0.00787 Fondo: Noy=

0.03 − 0.0153 =1.87 0.00787

Total Noy=9.26+1.87=11.13 Nota: Si únicamente la terminal de las fuerzas motrices fueran usadas, ∆yL=0.00224 y Noy=

0.03 − 0.0002 =13.3 0.00224

c) ¿Cuál sería el principal efecto de operar con un aceite de menor peso molecular, tal como M=200? Si un aceite de peso molecular más bajo fuese usado, Xb seria mas bajo para el mismo caudal másico y Noy sería mas pequeño. Sin embargo, el aceite con menos peso molecular, tendría una presión de vapor mas alta, y mas aceite se perdería como vapor en el absorbedor y en la columna de extracción.

1.4 En el diseño de una torre de absorción, la selección del empaque tiene efectos que es necesario considerar.
 Si a una columna empacada con monturas Berl de 1in es reempacada con anillos metálicos Pall ¿cuáles serán los principales cambios en las características de operación? El empaque proporciona una gran área de o entre el líquido y el gas, favoreciendo el íntimo o entre las fases.

Los anillos Pall están hechos de metal delgado con porciones de la pared inclinada hacia adentro. Estos anillos tienen alrededor de 90% de fracción de huecos y una ligera caída de presión que otros empaques de tamaño nominal parecido.

Bibliografía •

Geankoplis (2006). Procesos de transporte y principios de procesos de separación. 4a edición. CECSA, México.

•

S/A (2019) Operaciones unitarias, Absorción de gases, Recuperado el 8 de marzo de 2019 de: https://www.u-cursos.cl// 26cada6a025eba901bc9eb28ba73721b/mi_blog/r/Operaciones_Unitarias_C18.pdf

•

UN (2018) Operaciones unitarias de transferencia de masa, Recuperado el 8 de marzo de 2018 de: https://unexico.blackboard.com/bbcswebdav/institution/ DCSBA/Bloque%201/BT/05/BOU1_151217/U3/ Unidad3.Operacionesunitariasdetransferenciademasa.pdf