Tema 6 de los exámenes profesionales para ingenieros químicos: Absorción de gases
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La última edición de este mensaje fue realizada por zhanghp30 el 13-10-2018 a las 23:02. 1. Se supone que la relación entre el gas operativo y el agente absorbente, la temperatura de entrada del agente absorbente, la concentración del gas en la salida, la concentración del agente absorbente al entrar en la torre y la presión de operación permanecen constantes. Se trata de absorber un gas mixto de dos componentes a baja concentración. Si se utiliza un relleno con mejores propiedades en el diseño, entonces las siguientes afirmaciones son incorrectas (BCD). A. La cantidad de unidades de transferencia de masa necesarias no cambia; la altura de la capa de relleno disminuye； El número de unidades de transferencia de masa necesarias no cambia, ni tampoco la altura de la capa de material de relleno ； Disminuye el número de unidades de transferencia de masa necesarias, y la altura de la capa de material de relleno también disminuye ； El número de unidades de transferencia de masa necesarias no cambia, ni tampoco la altura de la capa de material de relleno ； El número de unidades de transferencia de masa en BCD está relacionado con el equilibrio de fases y las concentraciones en las entradas y salidas; al no cambiar estos valores, el número de unidades de transferencia de masa también permanece constante ； Al elegir un buen relleno, la altura de la unidad de transferencia de masa disminuye; además, como el número de unidades de transferencia de masa se mantiene constante, la altura del estrato de relleno también disminuye. ¡Tenga en cuenta que se debe elegir la opción incorrecta según lo solicitado en la pregunta! 2. En la torre de llenado, el agua limpia se utiliza para absorber el amoníaco presente en la mezcla gaseosa. Cuando la bomba de agua reduce la cantidad de agua que puede extraer, el número de unidades de transferencia de masa por difusión gaseosa (A) (A) aumentará. B Disminuirá. C Permanecerá igual. D No se puede determinar. A S = m*G/L; al disminuir L, S aumenta. Por lo tanto, la fuerza motriz para la absorción disminuye, mientras que la fuerza motriz para la transferencia de masa aumenta. 3. En la torre de llenado, se absorben los componentes solubles A de la mezcla mediante el uso de un disolvente puro en flujo contracorriente. Se sabe que la composición inicial de A en la mezcla gaseosa es de 0,06 (fracción molar, lo mismo en adelante). La composición del gas al salir del proceso de absorción es de 0,005; la composición de la solución después de la absorción es de 0,095. Bajo las condiciones operativas, el equilibrio entre fase gaseosa y fase líquida se da por y=0,6x. Los coeficientes de transferencia de masa entre la fase líquida y la fase gaseosa son proporcionales a Ky*a, que a su vez es proporcional a G^0,7; y Kx*a es proporcional a L^0,7. El proceso de absorción está controlado por una película de gas, con HOG = 1 m. Se pide determinar: (1) La composición del gas en la sección transversal de la torre cuando la altura de la capa de material de relleno se reduce a la mitad ； (2) Cuando aumenta el flujo en la fase líquida, manteniendo constante el flujo en la fase gaseosa y la composición de las sustancias en la entrada de ambas fases, ¿cómo cambia la cantidad de soluto A que se absorbe? A) Aumenta B) Disminuye C) No cambia D) No se puede determinar.4. Una conocida empresa de ingeniería ambiental en Shanghái recibió el encargo de una empresa extranjera para tratar y purificar los componentes solubles A presentes en mezclas gaseosas. Tras una investigación preliminar realizada por los ingenieros, se determinó que la composición inicial del gas A era de 0.045. Se utilizó una torre de llenado para realizar la absorción con un disolvente puro, en flujo contracorriente. La composición del gas en la salida fue de 0.018, mientras que la composición de la solución en la salida fue de 0.088. Bajo estas condiciones operativas, la relación de equilibrio entre las fases gaseosa y líquida es y = 0.5x. Se sabe que este proceso de absorción está controlado por una película gaseosa. ¿Cuál es el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa, NOG? ； (2) El cliente exige que, manteniendo constantes las composiciones en la fase gaseosa y en la entrada de fase gas-líquido, cuando el caudal de la fase líquida se duplique, la concentración en la salida después de la absorción del gas no supere los 0,006. Los ingenieros de procesos realizan los cálculos necesarios, y al final se obtienen los indicadores que el cliente solicita. A: Se puede alcanzar.
B: No se puede alcanzar.
C: Falten condiciones necesarias.
D: No se puede determinar.
5. En un punto específico de la torre de absorción, la concentración en la fase gaseosa es y = 0,025, mientras que la concentración en la fase líquida es x = 0,01. El coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa es ky = 2 kmol/m²·h, y el coeficiente total de transferencia de masa en la fase gaseosa es Ky = 1,5 kmol/m²·h. La relación de equilibrio es y = 0,5x. ¿Cuál es entonces la concentración en la fase gaseosa en esa interfaz?
ye = 0,5 * 0,01 = 0,005.
NA = Ky(y – ye) = ky(y – yi).
Por lo tanto:
1,5 * (0,025 – 0,005) = 2 * (0,025 – yi).
yi = 0,01.
6. La altura del relleno en una torre de absorción es de 4,5 m. Se utiliza agua limpia para absorber los componentes dañinos presentes en los gases de escape, siguiendo la relación de equilibrio y = 1,5x. La concentración en la salida de la fase líquida es de 0,008. Las concentraciones en la entrada y salida de la fase gaseosa son respectivamente 0,02 y 0,004.
(1) NOG.
(2) ¿Cuántas veces mayor debe ser la relación líquido/gas para lograr el mínimo requerido?
(3) La autoridad ambiental exige que la concentración de emisiones sea menor a 0,003. ¿Qué medidas se pueden tomar para cumplir con este requisito?
(1) V/L = 0,0008 / (0,02 – 0,004) = 0,5. S = mV/L = 1,5 * 0,5 = 0,75. NOG = 1 / (1 – S) * Ln = 2,77.
(2) (L/V)min = (y1 – y2) / (x1* – x2) = 1,2. (L/V) / (L/V)min = 2 / 1,2 = 1,667.
(3) Generalmente, se soluciona manteniendo constante la relación líquido/gas y aumentando la altura del relleno. Entonces, NOG’ = 1 / (1 – S) * Ln. Aquí, y2’ = 0,003. Por lo tanto, NOG’ = 3,53. La altura adicional necesaria es detaH = HOG(NOG’ – NOG) = (4,5 / 2,77) * (3,53 – 2,77) = 1,23 m
7. Se utiliza un proceso de absorción en contracorriente para extraer el benceno del gas mezclado. Se sabe que el gas mezclado contiene un 5% de benceno en términos de fracción volumétrica; el resto son componentes no inertes. La tasa de recuperación es del 95%. El flujo de gas que entra en la torre es de 42.4 kmol/h. El agente absorbente es queroseno sin benceno. La cantidad de queroseno utilizada es 1.5 veces la cantidad mínima necesaria. El diámetro de la torre es de 0.6 m. Bajo las condiciones operativas, la relación de equilibrio es ye=0.14x. El coeficiente total de transferencia de masa en la fase gaseosa es Kya=125 kmol/m³·h. La masa molar promedio del queroseno es de 170 kg/kmol.
(1) Cantidad de queroseno consumido por hora (kg/h).
(2) Concentración del queroseno al salir de la torre.
(3) Altura del relleno.
(4) Cuántos kilogramos de benceno se pueden recuperar por hora.
(5) ¿Qué medidas se pueden tomar para aumentar la tasa de recuperación?
(1) y1=0.05, Q=0.95, x2=0; V=42.4 kmol/h, L/V=1.5. (L/V)min = 1.5*(y1-y2)/(x1*-x2)=1.5 m. Q=1.5*0.14*0.95=0.1995. L=0.1995*42.4=8.459 kmol/h=8.459*170=1438 kg/h.
(2) y2=y1(1-Q)=0.0025. X1=G/L(y1-y2); x1=0.238.
(3) S=mV/L=0.14/0.1995=0.702. NOG=1/(1-S)*Ln=6.76. HOG=G/Kya=1.2 m. H=NOG*HOG=8.1 m.
(4) Masa de benceno recuperado: M=V(y1-y2)*78=42.4(0.05-0.0025)*78=157 kg/h.
(5) Las medidas para aumentar la tasa de recuperación consisten en mejorar la eficiencia de absorción, es decir, aumentando la presión y la temperatura para incrementar la relación líquido-gas.
8. En una torre de absorción con operación en contracorriente, cuando el factor de desabsorción S>1, si la torre fuera infinitamente alta, entonces las fases gaseosa y líquida alcanzarían el equilibrio en ( ).
(A) La parte superior de la torre.
(B) La parte inferior de la torre.
(C) El centro de la torre.
(D) En toda la torre.
Respuesta: B. Dado que la pendiente de la línea de equilibrio es mayor que la pendiente de la línea operativa, la línea operativa se extenderá indefinidamente (ya que la altura de la torre es infinita), y se cruzará con la línea de equilibrio en el extremo donde la concentración es alta, es decir, en la parte inferior de la torre.
9. Al utilizar la absorción química, se puede mejorar la absorción física, ya que ( ).
(A) La resistencia de la película líquida aumenta, mientras que la resistencia de la película gaseosa permanece constante.
(B) La resistencia de la película líquida disminuye, mientras que la resistencia de la película gaseosa permanece constante.
(C) La resistencia de la película líquida aumenta, mientras que la resistencia de la película gaseosa disminuye.
(D) La resistencia de la película líquida disminuye, y también la resistencia de la película gaseosa.
Respuesta: B.
10. En un sistema de absorción en contracorriente, si S=1, entonces el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa es igual al número teórico de niveles. Si S>1, entonces el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa es menor que el número teórico de niveles.
Respuesta: (A) Igual a.
(B) Menor que.
(C) Mayor que.
(D) Indeterminado.
NT/NOG=S-1/LnS. Cuando s=1, NT=NOG. Cuando S>1, NT>NOG.
11. En el proceso de absorción en contracorriente de gases poco solubles a bajas concentraciones, si todas las demás condiciones operativas permanecen constantes y solo disminuye la cantidad de gas que entra en la torre, entonces el número total de unidades de transferencia de masa en la fase líquida, NOG, disminuirá. La altura total de las unidades de transferencia de masa en la fase líquida, HOG, también disminuirá. El número total de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa, NOG, aumentará. La altura total de las unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa también aumentará. La pendiente de la línea operativa aumentará.
Respuesta: (A) Aumentará.
(B) Disminuirá.
(C) Permanecerá prácticamente constante.
(D) Indeterminado.
La resistencia de la película líquida, HOL y NOL, no se ven afectadas mucho por la cantidad de gas, por lo que permanecen prácticamente constantes. HOG=S*HOL=mV/L*HOL. Como V disminuye, HOG disminuye. NOG=A*NOL=L/mV*NOL. Como V disminuye, NOG aumenta.
(1) Cantidad de queroseno consumido por hora (kg/h).
(2) Concentración del queroseno al salir de la torre.
(3) Altura del relleno.
(4) Cuántos kilogramos de benceno se pueden recuperar por hora.
(5) ¿Qué medidas se pueden tomar para aumentar la tasa de recuperación?
(1) y1=0.05, Q=0.95, x2=0; V=42.4 kmol/h, L/V=1.5. (L/V)min = 1.5*(y1-y2)/(x1*-x2)=1.5 m. Q=1.5*0.14*0.95=0.1995. L=0.1995*42.4=8.459 kmol/h=8.459*170=1438 kg/h.
(2) y2=y1(1-Q)=0.0025. X1=G/L(y1-y2); x1=0.238.
(3) S=mV/L=0.14/0.1995=0.702. NOG=1/(1-S)*Ln=6.76. HOG=G/Kya=1.2 m. H=NOG*HOG=8.1 m.
(4) Masa de benceno recuperado: M=V(y1-y2)*78=42.4(0.05-0.0025)*78=157 kg/h.
(5) Las medidas para aumentar la tasa de recuperación consisten en mejorar la eficiencia de absorción, es decir, aumentando la presión y la temperatura para incrementar la relación líquido-gas.
8. En una torre de absorción con operación en contracorriente, cuando el factor de desabsorción S>1, si la torre fuera infinitamente alta, entonces las fases gaseosa y líquida alcanzarían el equilibrio en ( ).
(A) La parte superior de la torre.
(B) La parte inferior de la torre.
(C) El centro de la torre.
(D) En toda la torre.
Respuesta: B. Dado que la pendiente de la línea de equilibrio es mayor que la pendiente de la línea operativa, la línea operativa se extenderá indefinidamente (ya que la altura de la torre es infinita), y se cruzará con la línea de equilibrio en el extremo donde la concentración es alta, es decir, en la parte inferior de la torre.
9. Al utilizar la absorción química, se puede mejorar la absorción física, ya que ( ).
(A) La resistencia de la película líquida aumenta, mientras que la resistencia de la película gaseosa permanece constante.
(B) La resistencia de la película líquida disminuye, mientras que la resistencia de la película gaseosa permanece constante.
(C) La resistencia de la película líquida aumenta, mientras que la resistencia de la película gaseosa disminuye.
(D) La resistencia de la película líquida disminuye, y también la resistencia de la película gaseosa.
Respuesta: B.
10. En un sistema de absorción en contracorriente, si S=1, entonces el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa es igual al número teórico de niveles. Si S>1, entonces el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa es menor que el número teórico de niveles.
Respuesta: (A) Igual a.
(B) Menor que.
(C) Mayor que.
(D) Indeterminado.
NT/NOG=S-1/LnS. Cuando s=1, NT=NOG. Cuando S>1, NT>NOG.
11. En el proceso de absorción en contracorriente de gases poco solubles a bajas concentraciones, si todas las demás condiciones operativas permanecen constantes y solo disminuye la cantidad de gas que entra en la torre, entonces el número total de unidades de transferencia de masa en la fase líquida, NOG, disminuirá. La altura total de las unidades de transferencia de masa en la fase líquida, HOG, también disminuirá. El número total de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa, NOG, aumentará. La altura total de las unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa también aumentará. La pendiente de la línea operativa aumentará.
Respuesta: (A) Aumentará.
(B) Disminuirá.
(C) Permanecerá prácticamente constante.
(D) Indeterminado.
La resistencia de la película líquida, HOL y NOL, no se ven afectadas mucho por la cantidad de gas, por lo que permanecen prácticamente constantes. HOG=S*HOL=mV/L*HOL. Como V disminuye, HOG disminuye. NOG=A*NOL=L/mV*NOL. Como V disminuye, NOG aumenta.
12. En una torre de llenado, se utiliza un disolvente puro para absorber, en contracorriente, los componentes solubles A presentes en una mezcla gaseosa. Se sabe que la composición inicial del gas A es de 0,06 (en fracción molar). Después de la absorción, la composición del gas en la salida es de 0,005, mientras que la composición de la solución resultante es de 0,095. Bajo las condiciones operativas, la relación de equilibrio gas-líquido es y = 0,6x. Los coeficientes de transferencia de masa entre la fase líquida y la fase gaseosa son proporcionales a G^0,7 y L^0,7 respectivamente. Además, este proceso de absorción está controlado por una capa gaseosa, con HOG = 1 m. Se pide determinar: (1) La altura de la capa de llenado y la composición del gas en la sección transversal de la torre cuando la altura de la capa de llenado es la mitad. (2) Cuando aumenta el flujo de la fase líquida, manteniendo constantes el flujo de la fase gaseosa y las composiciones iniciales de las fases, ¿cómo cambia la cantidad de soluto A absorbido? Explique las razones. (1) L/V = y1 – y2 / x1 – x2; L/V = 0,579. S = mL/V = 1,036. NOG = (1/(1-S))·ln = 14. Por lo tanto, H = NOG·HOG = 14 m. Cuando la altura de la capa de llenado es la mitad, NOG’ = 7. Dado que S permanece constante, aplicando la fórmula anterior, y’ = 0,036. (2) Cuando aumenta el flujo de la fase líquida, manteniendo constantes el flujo de la fase gaseosa y las composiciones iniciales de las fases, la cantidad de soluto A absorbido aumenta. La razón es que el proceso de absorción está controlado por una capa gaseosa. Al aumentar L, V permanece constante, Kya también permanece constante, y HOG también permanece constante. Como h permanece constante, NOG también permanece constante. Sin embargo, S = mV/L disminuye. Según NOG = (1/(1-S))·ln, y2 disminuye, por lo que la cantidad de soluto absorbido = V(y1–y2) aumenta.
13. En una torre de llenado, se utiliza agua limpia para absorber el amoníaco presente en una mezcla gaseosa. Cuando la bomba de agua falla y el flujo de agua disminuye, el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa (A) aumenta; B disminuye; C permanece constante. L disminuye, S aumenta, lo que reduce la fuerza de absorción. Por lo tanto, NOG debe aumentar.
14. Conceptos básicos: En el proceso de absorción de gases, HOG es un parámetro que indica el rendimiento del equipo de transferencia de masa. NOG es un parámetro que indica cuán fácil o difícil es el proceso de absorción.
15. Fórmulas básicas: m = E/P, E = ps/HMs, y = mx, C* = H·P.
13. En una torre de llenado, se utiliza agua limpia para absorber el amoníaco presente en una mezcla gaseosa. Cuando la bomba de agua falla y el flujo de agua disminuye, el número de unidades de transferencia de masa en la fase gaseosa (A) aumenta; B disminuye; C permanece constante. L disminuye, S aumenta, lo que reduce la fuerza de absorción. Por lo tanto, NOG debe aumentar.
14. Conceptos básicos: En el proceso de absorción de gases, HOG es un parámetro que indica el rendimiento del equipo de transferencia de masa. NOG es un parámetro que indica cuán fácil o difícil es el proceso de absorción.
15. Fórmulas básicas: m = E/P, E = ps/HMs, y = mx, C* = H·P.