Universidad Nacional Autnoma de Mxico

Facultad de Qumica

Laboratorio de Ingeniera Qumica III

PRCTICA N 4: ABSORCIN DE CO2 EN COLUMNA EMPACADA

ALUMNOS:Pelagio Hernndez JonathanVillavicencio Montes de Oca Mario Antonio

GRUPO DE LABORATORIO: 8

Profesor: Sergio Adrin Garca Gonzlez

Fecha de entrega: jueves 16 de abril del 2015

Problema:

Se desea absorber el 50% de CO2 de una corriente gaseosa aire-CO2 en una columna empacada con anillos raschig. Para la operacin se utilizar monoetanolamina (MEA) al 15% en peso. Calcular:

El flujo de solucin de MEA en L/h que logre esta separacin El coeficiente de transferencia de masa global KG.

Desarrollo experimental:

1. Encienda la compresora y verifique la lnea de aire hasta la vlvula V-1 de entrada a la columna

2. Fije un bar de presin de entrada de aire en la vlvula reguladora.

3. Alimente aire y controle el flujo con la vlvula del rotmetro V-2 al 20-25% en la escala.

4. Conecte una extensin con energa elctrica al manmetro de CO2. Abra la vlvula del tanque de CO2 y la vlvula de salida del medidor de presin del mismo. Verifique que haya una presin de salida de 20 psig.

5. Alimente CO2 a la columna, controlando el flujo con la vlvula del rotmetro de entrada V-3 entre 30-40 mm en la escala. Abra la vlvula de descarga de la corriente de gas.

6. Determine la composicin de la corriente gaseosa por cromatografa. Tome la muestra abriendo la vlvula V-4.

7. Verifique el tanque de alimentacin que contiene solucin de MEA al 15% en peso, titulando una muestra con HCl 1 N.

8. Conecte la bomba de alimentacin de solucin. Coloque la perilla de llenado de pistn al 80%. Las pulsaciones se fijarn de acuerdo al flujo de lquido a alimentar.

9. Alimente un flujo de solucin de MEA entre 4-8 l/h. Experimente 3 flujos.

10. Abra la vlvula de descarga V-5, colocada en la parte inferior de la columna.

11. Tome una muestra de la corriente gaseosa de salida del equipo y analcela por cromatografa.

12. Tome una muestra lquida de la corriente de salida y analcela por titulacin con HCl 1 N.

13. Registre sus datos en la Tabla 1.

Resultados experimentales:

Cuestionario:

1.- Para cada flujo de solucin de MEA utilizado y mediante un balance de materia: Establezca la ecuacin de la lnea de operacin Calcule la concentracin del lquido a la salida en relacin molar Trace la lnea de operacin junto a la curva de equilibrio del sistema MEA-CO2 (Grfica 1) e indique qu representan los dos extremos. Nota: La curva de equilibrio se encuentra en el anexo de este guion. Calcule el % de CO2 absorbido

2.- Qu cambio(s) se observa(n) en la lnea de operacin al variar el flujo de solucin de MEA y cmo se relaciona con l % de CO2 absorbido?

Al aumentar el flujo de MEA la pendiente de la lnea de operacin aumenta, alejndose ms de la lnea de equilibrio. La transferencia de masa aumenta y por lo tanto la cantidad de CO2 absorbido tambin.

3.- De acuerdo a los resultados del punto 1, De qu depende la composicin del lquido a la salida de la columna?

Depende del flujo de solucin de MEA alimentado, al aumentar el flujo de MEA, XA1 disminuye y aumenta la cantidad de CO2 absorbido.

4.- Calcule la relacin L/G de operacin para cada flujo de solucin de MEA utilizado.

5.- En la Grfica 1, indique cul es la fuerza directora o impulsora de la transferencia de masa.

La fuerza impulsora es la diferencia de composicin YA y YA de equilibrio. Para cada XA la fuerza directora de la transferencia es la diferencia entre el valor de YA y YAEquilibrio. Los gradientes son verticales entre la lnea de operacin y la lnea de equilibrio.

6.- Cul sera el valor mximo de la concentracin del lquido a la salida? Es posible obtener esta concentracin? Explique su respuesta.

Este valor coincidira con la lnea de equilibrio, fsicamente no es posible alcanzar este valor porque se necesitara una columna infinitamente larga.

7.- Desde un punto de vista operativo, qu significa la relacin (L/G) min?

Cuando el valor Ls es mnimo se obtiene una lnea de operacin con pendiente mnima que toca la lnea de equilibrio. El valor mximo de XA1 se obtiene cuando Ls es mnimo. (Ls / Gs) mnimo representa una condicin ideal de flujos de lquido y gas, con esta relacin mnima se llegara al equilibrio. Tambin representa una relacin limitante ya que con una relacin de los flujos de la corriente lquida y la gaseosa menor a esta, no se lograra la absorcin de CO2.

8.- A partir de la ecuacin de diseo de un equipo de transferencia de masa determine la altura y unidad de transferencia para este sistema. Elabore una grfica de HUT y NUT contra flujo de solucin de MEA utilizado. Grfica 2. Qu comportamiento observa? Discuta sus resultados.

El HUT y el NUT tienen comportamientos opuestos cuando el flujo aumenta. Al aumentar el flujo, el HUT disminuye y el NUT aumenta.

9.- Calcule el coeficiente de transferencia de masa KG y elabore una grfica de KG contra flujo de solucin de MEA. Grfica 3. Cul es el comportamiento observado?

KG aumenta al aumentar el flujo.

10. Cul es el flujo de solucin de MEA al 15% que produce una separacin de CO2 en la corriente gaseosa del 50%?

El flujo de la solucin de MEA que produce una absorcin de CO2 del 50% es de 6.26 L/h.

Conclusiones:

Con los datos experimentales obtenidos se puede observar que existe una mejor transferencia de masa al aumentar el flujo de la solucin de MEA. Al aumentar el flujo de la solucin operamos ms lejos del equilibrio lo que impulsa la transferencia de masa. El coeficiente global de transferencia de masa aumenta al aumentar el flujo de solucin y por lo tanto tambin aumenta la cantidad de CO2 absorbido. Las unidades de transferencia en la columna empacada aumentan con el flujo mientras que la altura de estas disminuye.

Bibliografa: R.E. Treybal, Mass transfer Operations, Mc Graw Hill, 1998. Foust Wenzel, Principios de Operaciones Unitarias, CECSA, 1975 Perry, Manual del Ingenierio Qumico, Mc. Graw Hill, 2000 Autores varios, Procesos de Separacin I Prcticas de laboratorio, Facultad de Qumica UNAM, 2002.