UNI-FIP PRÁCTICA DOMICILIARIA (Ma 12/05/15)

PQ-423A

1.- En cierto aparato utilizado para la absorción de dióxido de azufre (SO2), de aire mediante

agua, y en cierto punto del mismo, el gas contiene 10 % de SO2 en volumen y está en

contacto con un líquido que contiene 0,4 % de SO2 (densidad = 990 kg/m3). La

temperatura es de 50 °C y la presión total es de 1 atm. El coeficiente de masa basado en

las concentraciones del gas es KG = 7,36 x 10-10

kmol/m².s.(N/m²). De la resistencia total

a la difusión, el 47 % está en la fase gaseosa y el 53 % en la líquida. Los datos de

equilibrio a 50 °C son:

kg SO2 / 100 kg de agua 0.2 0.3 0.5 0.7

Presión parcial SO2 , mm Hg 29 46 83 119

a) Calcule el coeficiente global basado en las concentraciones del líquido en función de

moles/vol.

b) Calcule el coeficiente individual de transferencia de masa para el gas, expresado en KG

mol/tiempo(área)(presión), ky mol/tiempo(área)(fracción mol) y kc

mol/tiempo(área)(mol/vol) y para el líquido expresado como en KL mol/tiempo(área), kx

mol/tiempo(área)(fracción mol).

c) Determine las composiciones interfaciales en las dos fases.

2.- La presión parcial en el equilibrio de vapor de agua en contacto con cierta sílica gel en la

cual se adsorbe agua es, a 25 °C, la siguiente:

Presión parcial H2O,

mm Hg

0 2.14 4.74 7.13 9.05 10.9 12.6 14.3 16.7

Lbm de agua/100 lbm

gel seco = kg/100 kg

0 5 10 15 20 25 30 35 40

a) Grafique los datos de equilibrio como p = presión parcial de vapor de agua contra x =

fracción en peso de agua en el gel.

b) Grafique los datos de equilibrio como X = moles agua/masa seca del gel, Y = moles de

vapor de agua/moles de aire seco, para una presión total de 1 atm.

c) Diez libras masa de sílica gel (4,54 kg) que contienen 5 % en peso de agua adsorbida se

colocan en una corriente de aire en movimiento que contiene una presión parcial de

vapor de agua de 12 mm Hg. La presión total es 1 atm y la temperatura 25 °C. Cuando se

alcance el equilibrio, ¿qué masa adicional de agua habrá adsorbido el gel?

d) Una libra masa de sílica gel (0,454 kg) que contienen 5 % en peso de agua adsorbida se

coloca en un tanque en el cual hay 400 ft3 (11.33 m

3) de aire húmedo con una presión

parcial de agua de 15 mm Hg. La presión total y la temperatura se mantuvieron a 1 atm y

25 °C, respectivamente. En el equilibrio, ¿cuál será el contenido de humedad del aire y

del gel y la masa de agua adsorbida por el gel?

e) Escribir la ecuación de la línea de operación para (d) en función de X y Y. Convertirla en

una ecuación en función de p y x y graficar la curva de operación con coordenadas p ,

x.

f) Repita (d) para una presión total de 2 atm. ¿puede utilizar la misma curva de equilibrio

en función de X y Y, que utilizó previamente?

3.- Se destila una mezcla de benceno-tolueno en una columna empacada. Se tienen los

siguientes datos:

Parámetro Tope Fondo

Flujo de líquido, kg/h 40 000 70 000

Flujo de vapor, kg/h 52 000 52 000

Temperatura, º C 85 125

Presión, atm 1 No se sabe

Peso molecular del líquido 80 90

Peso molecular del vapor 78,5 87,5

Área de la sección transversal de la columna, m2 5 5

Los coeficientes de transferencia de masa del gas y del líquido pueden obtenerse a partir de las

expresiones siguientes:

k’ya = 0,2 (1 – y) V0,8 L0,2 ; k’xa = 0,35 L0,8

donde, V: flujo molar total del vapor, kmol/h.m²

L: flujo molar total del líquido, kmol/h.m²

k’ya: coeficiente individual de transferencia de masa para el vapor, en

kmol/h.m3.fracc.mol

k’xa: coeficiente individual de transferencia de masa para el líquido, en

kmol/h.m3.fracc.mol

Datos de equilibrio a presión atmosférica:

x 0,017 0,13 0,258 0,411 0,581 0,78

y 0,039 0,261 0,456 0,632 0,777 0,9

Un análisis de dos puntos de la columna muestra lo siguiente:

Parte superior de la columna, x = 0,9 ; y = 0,97

Parte inferior de la columna, x = 0,03 ; y = 0,15

Suponga que ambos puntos pertenecen al tope y fondo de la columna, respectivamente:

a) Calcule las concentraciones interfaciales correspondientes a cada uno de este par de

puntos.

b) Determine el porcentaje de resistencia que ofrece cada fase a la transferencia de masa, en

cada punto citado.

4.- En una columna de platos se destila una mezcla benceno-tolueno. Se encuentra un

reporte que muestra lo siguiente:

Parámetro Tope

(primer

plato)

Fondo

(último

plato)

Flujo de líquido, kg/h 40 000 70 000

Flujo de vapor, kg/h 52 000 52 000

Temperatura, º C 85 125

Densidad del líquido, kg/m3 810,6 783,4

Densidad del vapor, kg/m3 2,68 2,93

Presión, atm 1 No se sabe

Peso molecular del líquido 80 90

Peso molecular del vapor 78,5 87,5

Espaciamiento entre platos, cm 45,7 45,7

Área total del plato, m² 7,47 8,5

A) Realice el diseño de un plato perforado indicando:

a) longitud del derramadero

b) distancia entre centros de perforaciones

c) espesor del plato

d) velocidad del gas

B) Evalúe si se presentan problemas como excesiva caída de presión, arrastre, entre

otros. Fundamente su análisis y evaluación.

Aspectos teóricos

1. Describa brevemente un tanque de burbujeo.

2. ¿Con qué fin se usan los agitadores en un tanque agitado mecánicamente?

3. En la agitación mecánica de líquidos en una sola fase, ¿qué aspectos deben

considerarse principalmente?

4. Sobre la agitación mecánica contacto G-L:

a. Hable sobre los tipos de impulsores

b. Potencia del impulsor

5. Explique cómo se da el contacto G-L en una torre de platos y qué factores

determinan el número de platos.

6. ¿Qué tipo de equipos está incluido en el grupo de equipos de dispersión de

líquidos?

7. Describa brevemente: i) Lavadores Ventura; ii) Torres de paredes húmedas

iii) Torres y cámaras de aspersión

8. ¿Cómo es la distribución de líquido en una torre empacada?

9. Explique el concepto de inundación

10. Describa brevemente los tipos de empaque, su función y características.

11. ¿Cuándo se usa el flujo de líquido y gas a corriente paralela?

12. ¿A qué se denominan “trayectorias preferentes”?

13. Explique brevemente lo que se describe como “mezclado axial”

14. Detalle los 12 criterios a considerar en la elección entre las torres de platos y las

torres empacadas.

15. ¿A qué se refiere el gráfico de la zona operativa de una columna?

Presentación: 19 de Mayo a la hora del examen parcial (sin postergación)

bah.

La Profesora