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ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DE ABSORCIÓN Volver al contenido principal

ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DE ABSORCIÓN

Considérese el esquema de la torre mostrado en la figura 12.2. Planteando un balance parcial de materia para el componente A entre el fondo de la columna y una sección genérica cualquiera, puede escribirse:

(12.2)

siendo: G = caudal volumétrico de fase gas, (m3/s)

R = constante universal de los gases, (bar.m3/K.mol)

T = temperatura de la fase gas, (K)

PA = presión parcial de A, (bar)

L = caudal volumétrico de fase líquida, (m3/s)

CA= concentración molar de A en la fase líquida, (mol/m3).

Asumiendo por simplicidad que la operación es isoterma y que los caudales volumétricos de ambas corrientes son prácticamente constantes, resulta:

(12.3)

Esta ecuación, en el plano PA-CA, será representada por una recta que pasa por los puntos (PA, CA) y (PA,1, CA,1) y que tiene de pendiente (LRT/G).

Fig. 12.2. Esquema de una torre y diagrama de absorción de gases.

La recta de operación, que así se denomina, indica cómo varía la presión parcial y la concentración de A a lo largo de la torre, desde el fondo, punto 1, hasta la cabeza, punto 2. En una sección cualquiera de la torre, donde la presión parcial media es PA y la concentración media es CA, se puede escribir, (ecuación 11.8):

(12.4)

Esta ecuación, junto con la relación de equilibrio, (ley de Henry, ecuación 12.1), aplicada a la interfase, permite calcular, para esa sección de torre, la presión parcial y la concentración en la interfase. Gráficamente, bastaría con encontrar el punto de corte de la recta trazada por el punto (PA, CA) y pendiente -kL/kG, con la línea de equilibrio.

Para relacionar la altura o longitud de contacto con PA y CA, es preciso desarrollar otras expresiones. Para ello, considérese un elemento diferencial de altura de torre; planteando un balance parcial de A para la fase gas, por ejemplo, se obtiene:

donde: a = área de interfase por unidad de volumen de torre, (m2/m3)

S = sección transversal de torre, (m2)

= mol/(m2.s)

Asumiendo que G y T permanecen constantes a lo largo de la columna, tomando límites, (), y sustituyendo por su expresión, (ecuación 11.4, , resulta:

Reordenando e integrando se obtiene la altura de torre necesaria para reducir la presión parcial de A desde PA,1 hasta PA,2.

(12.5)

Para poder calcular la altura Z es necesario expresar PA,i en función de PA.

El término integral de la expresión anterior es adimensional y se denomina número de unidades de transferencia, NG. El factor que multiplica a este término tiene por tanto dimensiones de longitud y se conoce como altura de la unidad de transferencia, HG. La altura de la torre será entonces: Z = HG . NG (12.6)

El número de unidades de transferencia se puede expresar algebraicamente de un modo simple si se tiene en cuenta que, con las suposiciones realizadas, las líneas de equilibrio y operación son rectas y si se asume además que -kL/kG permanece constante. En efecto, se puede escribir: , donde es la fuerza impulsora PA - PA,i. El integrando será entonces:

Por tanto, , siendo la fuerza impulsora media logarítmica: .

La altura de contacto para reducir la presión de PA,1 a PA,2 será entonces:

(12.7)

Si en el desarrollo anerior el flujo se expresase en términos de la fuerza impulsora global, (ecuación 11.9 ), se obtendría:

(12.8)

donde KG, el coeficiente global de transferencia de materia, se puede expresar en función de los coeficientes individuales: (12.9)

En la ecuación (12.8), la fuerza impulsora en ambos extremos es la fuerza impulsora global:

Copyright 2007, Autores y Colaboradores. Cite/attribute Resource. Franco, C. A., Franco, C. A., Ojeda, E. D. (2008, April 25). pagina_03. Retrieved May 27, 2020, from ocwus Web site: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema12/pagina_03.htm. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Commons License. Creative Commons License