UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO INGENIERÍA

TEMA

ABSORCION DE GASESTRABAJO DE APLICACIÓN

Presentado al:Ms. Salvador Teódulo, ORE VIDALON. Facilitador del curso

063 B “TERMODINAMICA DE PROCESOS QUIMICOS-II”

Realizado por:AMARO QUISPE, Henderson MaxBALDEON GARCIA, Henry FranklinBALDEON CARHUAMANTA, ElíasCACERES LEIVA, JoelCORONADO TOLEDO, Yerson AFERNANDEZ CHUQUIRACHI, Gary

JURADO MENDOZA, MerlyHIDALGO ZACARIAS, Lilia ElenaROJAS CASTILLO, AnaROJAS VILLALVA, YelitsaZARATE VASQUEZ, Cinthia

Alumnos del VI Ciclo de Ingeniería Química

HUANCAYO, 19 – 10 – 2011

I.RESUMEN

En el laboratorio que se realizó sobre “absorción de gases” se procedió enprimer lugar a montar el módulo necesario el cual consta de un generador deburbujas conectado a un tubo de ensayo con amoniaco, que a la vez estáconectado a un matraz kitazato conteniendo agua destilada; cuando la burbujade aire entra al tubo de ensayo donde está el amoniaco lo arrastra a través deuna manguera al matraz kitazato donde está el agua destilada y ahí ciertacantidad de amoniaco queda absorbida y el resto sigue siendo arrastrado. Elobjetivo del laboratorio es tomar una muestra y calcular cuanto de amoniaco hasido absorbida mediante titulación con una solución valorada de HCl 0.5 N.

Cuyos resultados obtenidos fueron

N°

deM

Numerode

Moles deH2O(mol)

Numero demoles deaire(mol)

Fracciónmolar delamoniaco(liquido)

Fracciónmolar delamoniaco(gaseosa)

Presiónparcial delamoniaco

Fracciónparcial delamoniaco(gaseosa)

1 11.11 4.7321x10-3 1.1595x10-6, 2.7149x10-3 1.5189x10-3 2.2199x10-3

2 10.56 9.4255x10-3 1.8298x10-6 2.0049 x10-3 2.3961 x10-3 3.5020 x10-3

3 10 0.0145 3.0059x10-6 2.0687 x10-3 3.9284 x10-3 5.7416 x10-3

4 9.44 0.0193 4.5488x10-6 2.2199 x10-3 5.9304 x10-3 8.6676 x10-3

5 8.89 0.0241 7.0039x10-6 2.5769 x10-3 9.1077 x10-3 0.0133

II.INTRODUCCIÓN

En el presente informe que desarrollo el Laboratorio que lleva por título”Absorción de Gases”, en el que hallaremos explicación lucida de la Ley deHenry aplicada para el Amoniaco y Agua. Cuando las fases en contacto son ungas y un líquido, la operación se denomina Absorción

La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia queconsiste en poner un gas en contacto con un líquido para que este disuelvadeterminados componentes del gas, que queda libre de los mismos.

La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en ellíquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico, ennuestro caso se trata de una absorción física

Los aparatos que pueden para realizar una absorción pueden ser los mismosque en una destilación ya que la fase de contacto es también entre un líquido yun gas.

Los sistemas amoníaco-agua son muy usados en refrigeradores domésticos yen sistemas comerciales e industriales donde la temperatura en el evaporadorse mantiene cerca o debajo de 0°C. La combinación amoniaco-agua esexcepcionalmente buena, satisface algunos de los criterios más importantespero tienen algunas fallas. El absorbente agua tiene una gran afinidad por elvapor amoniaco y los dos son mutuamente solubles en un rango muy amplio decondiciones de operación. Ambos fluidos son altamente estables y soncompatibles con casi todos los materiales que se encuentra en los sistemas derefrigeración, es por eso que el estudio de la absorción de estas dos sustanciases de vital importancia en nuestro desarrollo profesional.

III.OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Analizar y comprender la operación de absorción del NH3 y aire soluble

en el agua.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Calcular los valores de fracción molar del NH3 en la fase liquida.

Calcular los valores de fracción molar de NH3 en la fase gaseosa.

Calcular las concentraciones del gas disuelto en el líquido.

Graficar (Xi) vs. (Yi) a diferente temperatura o presión.

IV.MARCO TEÓRICO

4.1. AMONIACO:

El amoníaco es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de

nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3.

FIGURA1.Amoníaco

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Ammonia-2D-dimensions.png

Es un gas incoloro de olor muy penetrante. Ocurre naturalmente y es también

manufacturado. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente.

Generalmente se vende en forma líquida.

La mayor parte del amoníaco producido en plantas químicas es usado para

fabricar abonos. El resto es usado en textiles, plásticos, explosivos, en la

producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza

domésticos, refrigerantes y otros productos. También se usa en sales

aromáticas.

4.2. ABSORCIÓN:

La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia en el cual

átomos, moléculas o iones pasan de una primera fase a otra incorporándose al

volumen de la segunda fase. Esta segunda fase puede ser líquida, gaseosa o

sólida. Así pues, a diferencia de la adsorción, no es un proceso de superficie,

sino de volumen.

4.3. ABSORCIÓN DE GASES:

Operación de transferencia de materia cuyo objetivo es separar uno o más

componentes (el soluto) de una fase gaseosa por medio de una fase líquida en

la que los componentes a eliminar son solubles (los restantes componentes

son insolubles).

4.3.1. Tipos de Absorción:

1. Absorción Física

Ocurre cuando el compuesto se disuelve en el disolvente,

arrastrándolo.

Depende de las propiedades físicas de la corriente del gas y del

líquido, superficie de contacto y relaciones líquido-gas.

Se puede generar gran cantidad de calor.

2. Absorción Química

Se produce mediante una reacción química entre el disolvente y el

soluto.

4.3.2. Aplicaciones de la absorción:

Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de

producción

Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera,

reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre,

clorados y fluorados)

La recuperación de gases ácidos como H2S, mercaptanos y CO2

con disoluciones de aminas

Producción industrial de disoluciones ácidas o básicas en agua

(ácidos clorhídrico, sulfúrico y nítrico o hidróxido amónico)

Eliminación de SO2 de gases de combustión con disoluciones

acuosas de hidróxido de sodio.

Eliminación de óxidos de nitrógeno con disoluciones de agentes

oxidantes.

4.4. LEY DE HENRY:

La ley de Henry nos dice que "La cantidad de gas disuelta en un liquido a una

determinada temperatura es directamente proporcional a la presión parcial que

ejerce ese gas sobre el liquido."

Los líquidos pueden llevar gases disueltos en si mismos, es decir que esta

unión es tan íntima que a simple vista no distinguimos la forma gaseosa de la

forma líquida.

Así la cantidad de gas que puede albergar un líquido dependerá de la

temperatura, de la presión a la que está sometido el sistema líquido-gas, de la

naturaleza del gas para ser absorbido (solubilidad) y la capacidad del gas para

absorber gases.

En general, la cantidad de un gas que se disuelve en un líquido depende de la

presión externa y de la temperatura del líquido. Según la ley de Henry, la

solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas sobre el

líquido. Si se denomina C a la concentración molar del gas disuelto en el

líquido y P su presión, entonces:

C = k. P…………………(1)

k = constante de Henry.

Cuanto mayor sea la presión parcial de un gas sobre un líquido mayor cantidad

de gas absorberá el líquido. A menor temperatura la capacidad del gas para

absorber gases aumenta, por el contrario con el aumento de temperatura el

líquido disminuirá su capacidad para absorber gases. Esto es lo que pasa

cuando hervimos agua y comprobamos que salen burbujas, que no es otra

cosa que el gas que lleva disuelto y que el aumento de temperatura le obliga a

liberarlo. También la naturaleza de los líquidos es un factor importante, ya que

unos son capaces de absorber más gas que otros. Por ejemplo: el nitrógeno es

cinco veces más soluble en la grasa que en el agua.

Así según en que estado esté el proceso de absorción de gases se pueden

establecer los siguientes estados en los líquidos (o tejidos):

Insaturado: Cuando el líquido es capaz de absorber más gas. La presión

parcial que el gas ejerce sobre el líquido es mayor que la tensión (presión del

gas disuelto en el líquido) de ese gas.

Saturado: Existe un equilibrio y la cantidad de gas que absorbe el líquido es la

misma que elimina. La presión parcial del gas es igual a la tensión.

Sobresaturado: La cantidad de gas contenida en el líquido es superior a la

que puede absorber y por lo tanto libera el exceso de gas. La presión parcial

del gas es menor que la tensión del mismo.

Apenas podemos imaginar la complejidad para estos cálculos cuando

utilizamos mezclas de gases inertes en una inmersión, ya que en determinados

momentos podemos estar saturados de un gas e insaturado del otro gas.

4.5. SISTEMAS AMONÍACO-AGUA:

Los sistemas amoníaco-agua son muy usados en refrigeradores domésticos y

en sistemas comerciales e industriales donde la temperatura en el evaporador

se mantiene cerca o debajo de 0 °C. La combinación amoniaco-agua es

excepcionalmente buena, satisface algunos de los criterios más importantes

pero tienen algunas fallas.

El absorbente agua tiene una gran afinidad por el vapor amoniaco y los dos son

mutuamente solubles en un rango muy amplio de condiciones de operación.

Ambos fluidos son altamente estables y son compatibles con casi todos los

materiales que se encuentra en los sistemas de refrigeración. Una excepción

notable es con el cobre y sus aleaciones, los cuales no son compatibles con el

amoniaco. El refrigerante amoniaco tiene un calor latente de valor alto, pero es

ligeramente tóxico, lo cual limita su uso en aplicaciones de aire acondicionado y

las presiones de operación son relativamente altas.

Probablemente la principal desventaja del sistema amoníaco-agua es el hecho

de que el absorbente (agua) es razonablemente volátil, de modo que el vapor

refrigerante (amoniaco) al salir del generador por lo general contiene

cantidades apreciables de vapor de agua, las cuales al pasar a través del

condensador hacia el evaporador, se aumentará la temperatura del evaporador

y reducirá el efecto refrigerante por tenerse refrigerante no vaporizado fuera del

evaporador.

Por esta razón, la eficiencia del sistema amoníaco-agua puede mejorarse

usando un analizador y un rectificador cuya función es la de eliminar el vapor

de agua a la salida del generador antes que llegue al condensador. Se utiliza

una columna de destilación la cual esta sujeta en la parte superior del

generador. Como los vapores de amoniaco y agua viniendo del generador,

suben pasando a través del analizador, éstos son enfriados y el vapor del agua

que tiene la temperatura de saturación mayor, se condensan regresándose al

generador, mientras que el vapor de amoniaco continúa subiendo y sale por la

parte superior del analizador. Después el vapor de amoniaco pasa por el

rectificador o condensador de reflujo, donde el resto del vapor de agua y una

cantidad pequeña de vapor de amoniaco, se condensan y drenan,

regresándose a través del analizador en la forma de solución de reflujo débil,

siendo esto último necesario para que el analizador funcione adecuadamente.

El enfriamiento en el condensador de reflujo por lo general se efectúa con una

parte de la agua del condensador y está limitado a fin de controlar la cantidad

de líquido de reflujo que pasa al analizador.

V.PARTE EXPERIMENTAL

5.1. MATERIALES Y EQUIPOS:

1 Bureta de 25 ml.

1 pipeta de 10ml.

1 propiteta.

2 vaso de 250 ml.

1 vaso de 40ml.

1 matraz kitasato de 250 ml.

1 probeta de 50 ml.

1 probeta de 10ml.

Mangueras de goma.

1 soporte universal.

Un generador de aire.

5.2. REACTIVOS:

NH3.

HCl 1 N.

H2O destilada.

Fenolftaleína.

5.3. PROCEDIMIENTO:

Tener limpio cada uno de los materiales y equipos para realizar el

laboratorio

Armar el modulo de absorción teniendo en cuenta que el matraz kitasato

este completamente sellado con un tapón de jebe y verificar con el paso

de una corriente de aire las posibles fugas.

Llenar 10 ml de NH3 en el tubo de ensayo, donde comenzara el recorrido

del mismo.

Llenar 200 ml de agua destilada en el matraz kitasato, y en el vaso de

precipitación final.

Se conecta el generador de aire al tubo de ensayo inicial para

posteriormente encenderse, anotaremos 5 tiempos diferentes para los

cuales tendremos el volumen de NH3 (absorbido) al titular.

Titular con una solución valorada de HCl 1N agregando de 1 a 2 gotas

del indicador (fenolftaleína), anotando los gastos correspondientes a

cada solución, para lo cual tomaremos 10ml de la solución amoníaco-

agua.

VI.CALCULOS

TABLA N°1.Datos obtenidos en el laboratorio.

NUMERO DEEXPERIMENTO

TIEMPO

(Después deencenderse el

generador de aire,seg.)

GASTO

(Cantidad de NH3 absorbidopor el agua, ml)

1 10 0.8

2 20 1.9

3 30 2.7

4 40 3.4

5 50 3.5

6 60 3.5

7 70 3.5

Referencia: Por los mismos estudiantes

6.1. PARA EL SISTEMA AMONIACO – AGUA:

Para poder obtener Xi en amoniaco - agua es necesario aplicar la ecuación

siguiente:

= + …………………… . (2)Hallando (número de moles de agua) con la siguiente fórmula:

= × ……………… . . (3)

En el siguiente cuadro se muestra los moles de agua en cada uno de los

experimentos, dado que después de un experimento sacábamos 10ml de

muestra del matraz kitasato y luego nuevamente poníamos en funcionamiento

el modulo pero ya con 10ml menos de solución.

TABLA N° 2.Moles de agua para cada experimento.

NUMERO DE EXPERIMENTO MOLES DE H2O(mol)

1 11.11

2 10.55

3 10

4 9.44

5 8.89

6 8.33

7 7.78

Referencia: Por los mismos estudiantes

Hallando Xi para cada tiempo:

= + =0.00073 × 0.8170.00073 × 0.817 + 11.11 = 3.09206 × 10

= + =0.00073 × 1.9170.00073 × 1.917 + 10.55 = 7.73342 × 10

= + =0.00073 × 2.7170.00073 × 2.717 + 10 = 1.159 × 10

= + =0.00073 × 3.4170.00073 × 3.417 + 9.44 = 1.54659 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 8.89 = 1.69057 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 8.33 = 1.80422 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 7.78 = 1.93176 × 10

6.2. PARA EL SISTEMA AMONIACO – AIRE:

Para poder obtener Xi en amoniaco - aire es necesario aplicar la siguiente

ecuación:

= + …………………(4)Hallamos la cantidad de aire presente en cada experimento, tomando como

base de cálculo que fluye 1 de aire por el sistema.

Además necesitamos las siguientes formulas:= × ……… . . (5)= ……………… . (6)

TABLA N° 3.Moles de aire para cada experimento.

NUMERO DE EXPERIMENTO NUMERO DE MOLES DE AIRE

1 4.7515 102 9.2235 103 0.013984 0.0184475 0.0231996 0.027957 0.03270

Referencia: Por los mismos estudiantes

Hallando Xi para cada experimento:

= + =0.00073 × 0.8170.00073 × 0.817 + 4.7515 10 = 1.51067 × 10

= + =0.00073 × 1.9170.00073 × 1.917 + 9.2235 10 = 8.7681 × 10

= + =0.00073 × 2.7170.00073 × 2.717 + 0.01398 = 8.22515 × 10

= + =0.00073 × 3.4170.00073 × 3.417 + 0.018447 = 7.85242 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 0.023199 = 6.43677 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 0.02795 = 5.34849 × 10

= + =0.00073 × 3.5170.00073 × 3.517 + 0.03270 = 4.57512 × 10

6.3. CÁLCULO DE LAS PRESIONES PARCIALES (Yi):

Calculando las presiones parciales con las siguientes condiciones:

T =15º C = 288 K

P = 520mmHg=0.6842 atm = …………………(7)Para cada uno de los experimentos tenemos :

P =0.00073gml × 0.8ml17gmol × (0.082) × (288)(0.2003) = 1.5189 × 10 atm

P =0.00073gml × 0.45ml17gmol × (0.082) × (288)(0.19045) = 2.3961 × 10 atm

P =0.00073gml × 0.7ml17gmol × (0.082) × (288)(0.1807) = 3.9284 × 10 atm

P =0.00073gml × 1ml17gmol × (0.082) × (288)(0.171) = 5.9304 × 10 atm

P =0.00073gml × 1.45ml17gmol × (0.082) × (288)(0.16145) = 9.1077 × 10 atm

P =0.00073gml × 1.45ml17gmol × (0.082) × (288)(0.16145) = 9.1077 × 10 atm

P =0.00073gml × 1.45ml17gmol × (0.082) × (288)(0.16145) = 9.1077 × 10 atm

Hallando la fracción parcial para Yi, para el NH3.

= = 1.5189 × 100.6842 = 2.2199 × 10= = 2.3961 × 100.6842 = 3.5020 × 10= = 3.9284 × 100.6842 = 5.7416 × 10= = 5.9304 × 100.6842 = 8.6676 × 10= = 9.1077 × 100.6842 = 0.0133= = 9.1077 × 100.6842 = 0.0133

= = 9.1077 × 100.6842 = 0.01336.4 GRAFICA

CONCLUSIONES

Se logro experimentalmente analizar y comprender el proceso de absorción de

gases para el amoníaco.

Se logro determinar los valores de la fracción molar del amoniaco en la fase

liquida para cada uno de los experimentos realizados a diferentes tiempos

obteniendo así para el experimento 1 = 3.09206 × 10 , experimento 2 =7.73342 × 10 experimento 3 = 8.22515 × 10 , para el experimento 4

=7.85242 × 10 , experimento 5= 6.43677 × 10 experimento 6=5.34849 × 10 , experimento 7=4.57512 × 10 .

Se logro determinar los valores de la fracción molar del amoniaco en la fase

gaseosa para cada uno de los experimentos realizados a diferentes tiempos

obteniendo así para el experimento 1 = 1.51067 × 10 experimento 2

= 8.7681 × 10 , experimento 3 = 2.0687 × 10 , para el experimento 4

y = 1.8955x + 0.0337

02468

101214

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Yi*1

0^(-3

)

Xi*10^(-6)

Xi vs Yi

=2.2199 × 10 , experimento 5= 2.5769 × 10 ., experimento 6=, experimento

7=

Se logro determinar los valores de la fracción parcial del amoniaco en la fase

gaseosa (yi) en las diferentes partes del sistema obteniendo así para el

experimento 1 = 2.2199 × 10 experimento 2 =3.5020 × 10 , experimento 3

=5.7416 × 10 , para el experimento 4 =8.6676 × 10 y para el experimento

5=0.0133. Graficamos (Xi) vs. (Yi).

RECOMENDACIONES

El asegurarse que los tapones de cada uno de los respectivos matraces

no permitan la fuga del gas nos permitirá obtener resultados correctos y

desarrollar un buen trabajo.

y = 1.8955x + 0.0337

0

2

4

6

8

10

12

14

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Yi*1

0^(-3

)

Xi*10^(-6)

Xi vs Yi

Los tubos que son parte de los tapones deben llegar hasta estar a una

cierta altura dentro del liquido que se utiliza como absorbente, para así

liberar el gas que pasara hacia el otro matraz mezclándose con el agua

en cada uno de los matraces.

La titulación debe estar preparada para cuando se apague el sistema

pues demorar provocaría que el amoniaco se volatilice y la concentración

no sea la correcta.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Monografías (libros)

• Ocon Tojo. Problemas de Ingeniería Química: 5ta Edición. Madrid:

editorial Aguilar;1979. P 3 - 110

• Smith J., Van Ness H., Abott M. Introducción a la Termodinámica para

ingenieros Químicos: 6ta Edición: editorial McGraw Hil; 1997, P 576 -

600.

• Gilbert W. Castellan. Fisicoquímica; 2da Edición Addison Wesley

Longman; 2011. P. 117 - 126

Web

• Google.com. Disponible en

http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/la-ley-de-henry.

• Google.com. Disponible en

es.wikipedia.org/wiki/Absorción_(química)

• Google.com. Disponible en www.quimicafisica.es• Google.com. Disponible en

www.gunt.de | www.gunt2e.de

• Google.com. Disponible en

File:C:\EES32\Userlib\Examples\absorción_NH3_relleno.EES.

ANEXOS:

Algunas imágenes de la realización de nuestro laboratorio:

EL MÓDULO.

LA TITULACIÓN.

Equipo de absorción de gases a nivel industrial

Curva de equilibrio a T constaamte y diferentes presiones