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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO. Facultad De Ingeniería Química.

ABSORCION DE GASES EN LIQUIDOS I. OBJETIVOS  Medir la velocidad de absorción de CO2 en agua analizando la composición del líquido absorbente. II. MARCO TEORICO La absorción es una operación de separación que consiste en la transferencia de uno o más componentes minoritarios de una corriente gaseosa a una corriente líquida, llamada disolvente. El objetivo de esta operación suele ser purificar una corriente gaseosa para su procesamiento posterior o su emisión a la atmósfera, o bien, recuperar un componente valioso presente en la corriente gaseosa. La absorción del SO2 presente en los gases de combustión mediante soluciones alcalinas y la absorción de CO y CO2 del gas de síntesis de amoníaco son ejemplos de purificación, mientras que la absorción de óxidos de nitrógeno en agua es la etapa final del proceso de fabricación de ácido nítrico. La operación inversa se denomina desorción, desabsorción o "stripping" y su finalidad es eliminar o recuperar uno o varios componentes minoritarios de una corriente líquida por transferencia a una corriente gaseosa. La absorción se suele llevar a cabo en torres o columnas de relleno.

Ing. José Medina Collana.

Lab. Ing. Química II

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El gas conteniendo el componente a absorber se introduce por la parte inferior y atraviesa el relleno, consistente en un lecho de partículas de un determinado tamaño, forma, y material. Al mismo tiempo, se introduce la corriente de disolvente por la parte superior y cae por gravedad, lamiendo la superficie externa de las partículas del relleno. Esto crea, por un lado, una amplia superficie de interfase y, por otro, un contacto intenso y turbulento entre ambas fases. La disposición de flujos que acaba de describirse se denomina "contracorriente", ya que el sentido de circulación de ambas fases es opuesto. La columna de relleno consta además de otros elementos auxiliares, como los sistemas de distribución de gas y líquido, una parrilla para soportar el relleno y un separador de nieblas para captar las gotas que pudiera arrastrar el gas a la salida del lecho. La transferencia del componente de la corriente de gas a la corriente de disolvente se produce porque en cualquier sección de la torre, a cualquier altura, no hay equilibrio entre ambas fases. La concentración del componente en la fase líquida es inferior a la que le correspondería si estuviera en equilibrio con la fase gas; es decir, existe una fuerza impulsora para la transferencia del componente a la fase líquida. COLUMNA DE ABSORCIÓN DE GAS La columna de absorción de relleno está construida de dos secciones de acrílico de 75mm de diámetro unidas por los extremos e instaladas verticalmente en un bastidor de suelo de acero dulce. La columna está rellenada de anillos Raschig de 10mm x 10mm, que son representativos del tipo de relleno usado para la absorción de gas. El líquido usado en el proceso se almacena en un tanque de alimentación rectangular de 50,0 litros y se utiliza una bomba centrífuga para suministrar el líquido a la cabeza de la columna, desde donde desciende por el relleno y vuelve al tanque. Un medidor de flujo de área variable instalado en la línea de recirculación da una lectura directa del caudal. El gas a absorber es normalmente dióxido de carbono, y sería extraído de un cilindro presurizado (no suministrado), colocado junto a la columna. Este gas pasa a través de un medidor de flujo de área variable calibrado, y se mezcla con un flujo de aire, también

Ing. Juan Medina Collana.

Lab. Ing. Química II

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de caudal conocido, que proviene de un compresor giratorio situado en el bastidor. La relación de gas a aire de la mezcla que entra en la columna es por tanto conocida y es fácilmente variable. La mezcla de gas entra por el fondo de la columna, asciende a través del lecho denso y se contrae en contracorriente con el líquido que desciende por la columna. Unos puntos de muestreo de presión en la base, el centro y la cabeza de la columna permiten registrar la caída de presión en la columna usando manómetros. Estos puntos de muestreo también ofrecen un medio para extraer muestras de gas de la columna. El contenido en dióxido de carbono de las muestras de gas se determina usando un aparato de Hempl. Los caudalímetros, los manómetros y el equipo de análisis de gas van montados en un panel trasero vertical a una altura cómoda para la operación. CARACTERISTICAS TECNICAS

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Capacidad del tanque de alimentación: 50,0 litros Diámetro de la columna: 0,075m Volumen del relleno: 7,0 litros Altura de la columna de absorción: 1,4m Tipo de relleno: Anillos Raschig 10x10mm Capacidad del compresor de aire: 0,15m3/min a 0,3bar Capacidad de la bomba de alimentación de la columna: Intervalo del medidor del flujo de aire: 20 -180 l/min. Intervalo del medidor del flujo de gas: 1,0 -22,0 l/min. Intervalo del medidor del flujo de agua: 1,0-10,0 l/min III.

MATERIALES Y REACTIVOS  Matraz de 250 ml  Soporte universal  Bureta  Vaso de precipitado  Bagueta  Columna de Absorción  Cronometro

IV.

PARTE EXPERIMENTAL  Llenar el tanque D1 hasta ¾ de su nivel con agua destilada.  Encender la bomba G1 y regular el caudal de agua en 200 L/h.  Encender el comprensor P1 y regular el caudal el caudal de aire en aprox. 70L/min.  Abrir lentamente la válvula V y regular el caudal de CO2 en aprox. 4L/min.  Después de 5 minutos en condiciones estacionarios sacar, de las válvulas V4 (fondo de la columna) y V6 (tanque D1), una muestra del liquido cada 10 minutos.

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Análisis del CO2 disuelto en agua  Preparar 200 ml de una Solución NaOH 0.03M  Preparar indicador fenolftaleína preparada con agua sin gas.  Extraer unos 25 ml de agua del tanque D1 y poner en un cilindro graduado  Extraer unos 25 ml de agua del tanque V4 y poner en un cilindro graduado  Agregar de 3 a 5 gotas de indicador fenolftaleína  Si la muestra se vuelve roja enseguida significa que no hay CO1  Si la muestra se mantiene incolora, titular con la solución de NaOH hasta el punto de viraje (color rosa persistente), anotar el volumen de solución de titulación empleado. Anotar el volumen Vt de solución de titulación empleado.

V.

CALCULOS Y RESULTADOS Cálculos para preparar 1000ml de NaOH a 0.03M: MNaOH = 0.03 mol/L= Masa de NaOH = 1.2 g De los datos tomados de laboratorio se obtuvo la siguiente tabla: Tiempo

Tanque D1

Válvula V4

min

Vgastado (ml)

Vgastado (ml)

0

0

0

15

3.2

3.2

25

6.2

4.7

35

6.6

5.5

45

7.1

6.2

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Calcular la concentración de CO2 libre con la siguiente ecuación: CNaOH*VNaOH = CCO2*VCO2 Calculando CO2 en tanque D1: DATO:

CNaOH = 0.03M VCO2= 25 ml

 Para t=0 , VNaOH = 0 CCO2=0  Para t=15 min , VNaOH =3.2ml CNaOH*VNaOH = CCO2*VCO2 0.03mol/L *3.2ml = CCO2*25ml CCO2 =0.00384mol/L  Para t=25 min , VNaOH =6.2 ml CNaOH*VNaOH = CCO2*VCO2 0.03mol/L *6.2 ml = CCO2*25ml CCO2 =0.00744mol/L  Para t=35 min , VNaOH = 6.6ml CNaOH*VNaOH = CCO2*VCO2 0.03mol/L *6.6ml = CCO2*25ml CCO2 = 0.00792mol/L

Ing. Juan Medina Collana.

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 Para t=45 min , VNaOH = 7.1ml CNaOH*VNaOH = CCO2*VCO2 0.03mol/L *7.1ml = CCO2*25ml CCO2 = 0.00852mol/L Y así sucesivamente con todos los datos del tanque D1 y de la válvula V4: Calculo de la velocidad de absorción instantánea N (mol/min) Se sabe que:  F11= 200L/h = 0.0555 L/s  Calculo molar de entrada = F11*Ce (mol/s)  Calculo molar de salida= F11*CS (mol/s) N=F11*(Ce- CS)*60

Tiempo

Tanque D1

Válvula V4

Velocidad Instantánea

min

Vgastado (ml)

CCO2(mol/L)

Vgastado(ml)

Ce 0

0

15

3.2

25

N (mol/min)

Cs 0

0

0

0.00384

3.2

0.00384

0

6.2

0.00744

4.7

0.00564

0.00599

35

6.6

0.00792

5.5

0.00660

0.004395

45

7.1

0.00852

6.2

0.00744

0.003596

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0

CCO2(mol/L)

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tiempo Vs N

0.007 0.006

N(mol/min)

0.005 0.004 Series1

0.003 0.002 0.001 0 -0.001

VI.

0

10

20

30

40

50

t(min)

CONCLUSIONES

 Los datos de los volúmenes gastados tomados al titular las muestras, no son los debidos debido a lecturas equivocadas o volúmenes poco exactos al tomar las muestras.

VII.

BIBLIOGRAFIA

 http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Atmosfera/ColumnaRelleno. htm  http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operacionesbasicas/contenidos1/tema12/pagina_01.htm

Ing. Juan Medina Collana.

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