ABSORCION

A P L I C A C I O N E S

1) PURIFICACION DE GAS NATURAL O GAS DE R E F I N E R I A

Gas O^loe Separador de

salida

Gas cido

Contactor

I

Gas agrio

Enfriador de amina

Gas combustible

Tanque flash

Filtros Condensador reflujo

Bomba

HX amina rica/pobre

Separador de entrada

Amina Rica

4 Bomba reflujo

Reclaimer (opcional)

Rehervidor

Se tiene en serie (tren) una columna de lavado o absorcin y una columna de regeneracin o desorcin

Principalmente orientadas a la eliminacin de H2S y CO2 por lavado con disolucin de aminas, que se realiza en la columna de absorcin.

En la columna de desorcin el vapor de agua arrastra los gases H2S y C0 2 hasta el tope.

Problema del Treybal (8.1 Pag. 372) relacionado con el uso de la monoetanolamina (MEA) para extraer C02.:

Gas de alimentacin C02: 0.15 0 2 .: 0.06 N 2 : 0.79

Liquido absorbente Etanolamina : 0.30 H20 :0.70

Condiciones de operacin : 25C , 1.2 atm

2) RECUPERACION DE GAS PROPANO Y BUTANO DE UN GAS HUMEDO

METANO

ROD ... RICH OIL DEMETANIZER

RECOBRO RECHAZO C, SEPARACION

En la primera columna (absorbedor) los elementos ms pesados del gas hmedo son absorbidos por el aceite (denominado aceite pobre), es decir, se condensan y se disuelven en el aceite. Por el tope sale entonces el gas seco y por el fondo el aceite que contiene los hidrocarburos absorbidos (aceite rico). La cantidad absorbida es mayor, cuanto mayor es la presin, menor la temperatura y ms ligero el aceite de absorcin. En la segunda columna se revaporizaza el metano y sale por el tope. En la tercera columna (stripping o desorbedor) por recalentamiento del lquido de fondos se revaporizan los hidrocarburos absorbidos, que salen por el tope. Problema del Treybal (8.15, Pag. 376) relacionado a la segunda aplicacin :

Gas hmedo: CFL : 0.88 C2H6: 0.04 n-C3Hg : 0.05 n-C4Hio : 0.03

Aceite pobre: n-C4Hio : 0.05 Hidrocarburos mas pesados: 0.95

Se pide extraer el 88 % del n-C3H8 Condiciones de operacin : 37.8 C , 5 atm

CURVA DE E Q U I L I B R I O (Solubilidad de gases en lquidos)

CASO I : Un gas y un lquido no voltil en equilibrio

V = Varianza o Grados de libertad

V = C - F + 2 = 2 - 2 + 2 = 2

Fijamos: T p (en ese caso PA)

Y las dems variables estarn fijadas PAI * *A1 PA2 * XA2 PA3 -* *A3

20C PA

PA3(0.08atm)

PA2 (0.04 ata)

pAi (0.02 ata)

Eficiencia Solubilidad P T

Absorcin | t T i

Desorcin f i 1 t

X A 1 XA2 XA3 0.05 0.08 0.10

CASO I I : Dos o mas gases (uno solo de los cuales es soluble) y un lquido no voltil en equilibrio

Se cumple "La solubilidad del gas soluble es independiente de los otros componentes gaseosos"

GAS NH, yA AIRE

LIQ

AGUA

Por ejemplo a T = 10C y P = 4 atm

yA= P A / P I

CASO I I I : Dos o mas gases solubles y un lquido no voltil en equilibrio

Si los gases son ideales y la solucin lquida es ideal, entonces las molculas son de tamao, estructura y naturaleza semejantes

En ese caso se cumple "La solubilidad de un componente del gas es independiente de los otros componentes"

B: solvente no voltil

Y se aplica la Ley de Raoult : pa* = PVA XA

y la ley de Dalton : p A * = pt y A*

entonces pt yA* = PVA X A

yA* =(pvA/pt)x A

yA Pt ,T

Si son soluciones liquidas no ideales, se aplica la Ley de Henry yA* = m x A

m = f ( p , T ) m se obtiene experimentalmente

aplicable para p < 5 atm

Para presiones mayores a 5 atm : yA* = m' x A

m' = f ( p, T , composicin)

yA Pt , T

3 0 0

5 0

L 2 0 0

150

S 100

Q i! fe.

5 0

S0 2 ,10"C

e

/

'NHJ ,30 OC

A/

i J

N H J J C C

1 / 1 /

\\V / ^>

ir ^

HCl,10O

0 0 5 0 . 1 0 0 . 1 5 0 . 2 0 f = fraccin mol del soluto en al lquido

Diseo de absorbedores

Generalmente los datos para el diseo de una columna de absorcin nueva son:

YAsal n i

YAent

Gent

Criterios para la seleccin del solvente

i) Solubilidad del gas

YA Se elige B 3 ya que Solubilidad |

entonces: Rapidez de TM f L solvente j

Si las soluciones son ideales

YA

> La curva de equilibrio no depende de B (solo es verdad si se grfica en fracciones molares)

> Si la grfica se da en fracciones en peso, solubilidad t , cuando el peso molecular de B (solvente) J,

> Si existe reaccin qumica del soluto con el solvente (generalmente induce a una elevada solubilidad del gas), sta debe ser reversible, para recuperar el solvente en una operacin de desorcin. Ejemplo: uso de MEA o DEA para recuperar H2S.

ii) Volatilidad

> De be tener Pv J, para evitar su prdida o la contaminacin

A+B B (solvente)

GAS A + C (soluto) B + C

y A

B, , Pv = 100 mm Hg

2 , Pv = 20 mm Hg

3 Pv= 150mmHg

iii) Corrosividad. No debe ser corrosivo iv) Bajo costo v) Viscosidad del lquido (solvente)

Debe ser baja. A uyq j se tiene Ef f y Ap j

vi) No txico, no inflamable, bajo punto de congelamiento

Clculo del flujo de lquido o solvente

Hasta ahora tenemos los siguientes datos:

Para calcular el flujo de lquido, debemos calcular el rango que puede tener:

{ Lmin Lmax }

Flujo mnimo de lquido (Lmin)

Introducimos los datos que tenemos en la grfica Y vs X

Y,

Sea m = pendiente linea de operacin

X2 X i X i

Tambin podemos hallar Lsmin a partir de:

(Ls] r< -Y 1 1 2

min

f Y-Y ^

f Y-Y ^ *

=GS

Observacin:

En algunos casos la pendiente mnima se halla a partir de una tangente a la curva

Si m | Si (Ls\ m = \

Ls 4 LSrnjn X, t x,* Fuerza impulsora en el punto 1

i 0

Rapidez de TM en el punto 1

1 0

Z T 00

X\)

Flujo mximo de lquido (Lmax)

> El flujo mximo de lquido, ser aquel que lleve a las condiciones de inundacin > Entonces Lmax = Linund

Flujo ptimo de lquido (Lopt)

^ Se debe realizar el clculo del diseo para varios flujos de lquido, ubicados dentro del rango

^ Luego granear el Costo total versus el flujo de lquido > El flujo de lquido ptimo ser aquel que tenga el Costo total mnimo

Costo fijo : Costo del equipo Costo de operacin : Potencia de la bomba, del soplador, etc.

Coste anual

Coste mnimo

Lmin Lopt L

> Regla rpida : L o p t = 1.5 L m i n

Para desorbedores, se tendr un Gsmin

x, x2

T O R R E EMPACADA (Equipo de contacto continuo)

Clculo de la altura USandO HETP (altura equivalente de un plato terico)

Z = {HETP) NPdea

donde Z = altura del empaque Npideai = Nmero de etapas ideales o tericas

> Mtodo simple, que no usa los CTM > HETP debe ser determinada experimentalmente > Pero HETP = f (tipo y tamao de empaque, L, G, composicin, etc.)

Clculo de la altura usando los CTM

G2, Gs

GAS / LIQ

A

y y X X

Para absorcin (o desorcin) se tiene una transferencia de A en B estancado,

N entonces NB = 0 y = 1

por lo que tomando en cuenta la fase gas con el coeficiente individual FG, se tiene

NA =FG ln

o tomando en cuenta la fase gas con el coeficiente global FOG, se tiene

NA =F O G ln l-y

Del balance en un dz de la torre empacada

donde a = rea especfica m m

G' kmol sm2

se tiene : d(G'y)_

ad z NA=FG\n(\

V 1

pero d((J'y)-d (G's [l-y

l-y = FOG\w

l-y

y = G'sd \>-yj

= G , dy _ G's dy G' (i-y)2 (i-y)(i-y) (i-y)

dy

entonces ~ ^ ^ = NA=FGJ1^) a(l-y)dz A [l-y) Fooln l-y

trabajando con NA expresada con F G , se tiene, rearreglando e integrando

G' z=\dz=r JO Jy2

FGa(l-y)hi 'i-y"

pero como (1-jOLr ln r i - y ^ ln

\ - y ;

se tiene G'{l-y)imldy

y^Faa(l-y)(y-yi)

definimos H G = altura de una unidad de transferencia basado en la fase gas G' G' G'

constante HtG -i mi FG a kya(l - y)iml kG apt(l- v),

y NTG = nmero de unidades de transferencia basado en la fase gas

N = p ^-ylmidy

^ (i-y)(y-yi)

entonces se tiene finalmente Z = H t G NtG

trabajando de forma similar pero con N A expresada con FOG, se llega a la siguiente expresin para Z :

Z - H t O G NtOG

donde

HTOO = = -. ^ = -. r * constante FQG a Kya{\ y\ KG apt(l- y\

= I J* (l-y)(y-y*)

Se puede tambin hallar expresiones para Z, tomando en cuenta la fase lquida tanto con el coeficiente de TM individual como global: El procedimiento es similar y se obtendrn:

Z = H t L N t L = H t O L NtOL

donde

V L' L' HTL=-~~ = j ^ = T ^ constante

L a kxa{l - x)im kLac(l- x)u i mi

N = p (l-x)imldx a "*! (l - x)(xi - x)

V V L' HtoL= R = A = > z x * constante

FOL a Kxa(l - x ) , w KL a c (l - x\

*ml

** k(l-x)(x*-x)

Resumen: Z = H K ; N T G = H t L N T L = Htoc N K K ; = H r t ) L N > L

Simplificaciones para el clculo de N I O G

M _ r* (l-y\mi dy

s ( i - ^ = ( i - ^ = b 3 M z r f

entonces N>OG = \\ ^ l n l-y,

\ ~ y ^

Y si adems se tienen soluciones diluidas

entonces ln 2 -o

Si las curvas de equilibrio y de operacin son rectas

Si la curva de equilibrio sigue la ley de Henry y = m x

N = YI~Y2 100 {y-y*), mi

ln v ,-mx 7 V1^ N,

y2-mx2\ + 1

X ?

1 A

mG

Integracin grfica para hallar Ntoc

(l-y)*m dy N = r Jy-, % (l-y)(y-y*)

y (i-y) y* (l-y*) (i-yrmi (y-y*) 0 - y)*mi

Q-yty-y*) 0.30 0.70 0.20 0.80 0.7489 0.10 10.7 0.18 0.82 0.11 0.89 0.8545 0.07 14.9