Ejercicio_6: Torre Absorçao

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Ejercicio 6 
 
 
Profesor: Tomás Vargas. 
Auxiliar: Melanie Colet. 
Ayudante: Jorge Monardes – Diego Guiachetti. 
 
Problema Nº 1 
 
En el interior de un cilindro provisto de un pistón móvil se encuentran 50 kg de agua a 
20 ºC. En el espacio situado entre la superficie del agua y el pistón se inyectan 30 
m 3 (medidos a 20 ºC y 1 atm) de una mezcla amoníaco-aire de composición 20% en 
volumen de amoníaco, y se deja alcanzar el equilibrio entre fases a 20 ºC y 1 atm de 
presión total. La presión de vapor del agua a 20 ºC es 17,4 mmHg y puede suponerse 
que la presión parcial del vapor de agua es igual a su presión de vapor a la misma 
temperatura. Una vez alcanzado el equilibrio calcule: 
 
a) La presión parcial de amoníaco en la fase gaseosa en mmHg. 
b) La concentración de amoníaco en la disolución expresada en kg NH 3 /100 kg de 
agua. 
c) El volumen de la masa gaseosa situada entre la superficie del agua y el pistón. 
 
DATOS DE EQUILIBRIO 
 
kg NH3/100 kg H20 Presión Parcial del NH3 [mmHg]
60 945
50 686
40 470
30 298
25 227
20 166
15 114
10 69,6
7,5 50
5 31,7
4 24,9
3 18,2
2 12 
 
R = 0,082 atm-L/mol-K 
1 atm = 760 mmHg 
Para las condiciones iniciales se tiene que: 
 
][7,249][293]/[082,0
][30000][2,0)( 3 molKKmollatm
latm
TR
VPn inicialNH =
⋅−−
⋅
=
⋅
⋅
= 
 
=
⋅
⋅
=
TR
VPn inicialaire )( ][9,998][293]/[082,0
][30000][8,0 mol
KKmollatm
latm
=
⋅−−
⋅ 
 
Para las condiciones finales: 
 
3NHaireaguatotal PPPP ++= 
 
760[mmHg] = 17,4[mmHg] + P aire + P 3NH ⇒ P aire + P 3NH = 760 – 17,4 = 742,6 
 
Por otro lado se tiene que: 
 
V
P
TRn
P
TRn
NH
finalNH
aire
finalaire
=
⋅⋅
=
⋅⋅
3
3 )()( 
 
De esta forma, se despeja la cantidad de amoníaco en la mezcla de gases final: 
 
aire
finalaireNH
finalNH P
nP
n
)()( 33
⋅
= , pero ][9,998)()( molnn inicialairefinalaire == (El aire no 
pasa al agua) y 36,742 NHaire PP −= 
 
Así: 
3
3
3 6,742
][9,998)(
NH
NH
finalNH P
molPn
−
⋅
= 
 
Ahora realizando el balance de amoníaco en el agua. La cantidad de amoníaco en el 
agua es: 
 
)6,742
9,9987,249(17))(7,249(][17
3
3
33
NH
NH
finalNHNH P
Pngrmol
grm
−
⋅
−⋅=−⋅= 
 
P.M. (NH 3 ) = 17 ][grmol
gr 
 
Pasando la masa de amoníaco a kg, se tiene que: 
 
3
3
3 6,742
98,1625,4
NH
NH
NH P
Pm
−
⋅
−= 
 
Pero como la concentración tiene que estar expresa en kg de NH 3 en 100 kg de H 2 O, y 
la masa anterior corresponde a la masa del amoníaco en 50 kg de agua, se tiene que: 
 
C (kg NH 3 /100 kg de H 2 O) = 
3
3
3 6,742
96,335,850
100
NH
NH
NH P
Pm
−
⋅
−=⋅ 
 
Esta última relación entre C y 3NHP corresponde a la curva de operación, la cual se 
hace intersectar con la curva de equilibrio, encontrándose los valores para la presión 
parcial de amoníaco en el gas y la concentración de amoníaco en el agua, ambas en 
equilibrio. 
 
La curva de equilibrio es de la siguiente forma: 
 
Curva de Equilibrio y = 14,701x - 62,787
R2 = 0,957
-200
0
200
400
600
800
1000
0 20 40 60 80
C (kg NH3/100 kg H2O)
P
re
si
ón
 P
ar
ci
al
 d
el
 N
H
3 
(m
m
H
g)
 
 
De esta forma: 
 
a) P 3NH = 42 [mmHg] 
b) C = 6,4 kg NH 3 /100 kg H 2 O 
c) Se reemplaza en la expresión del volumen: V=26,03 m 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Problema Nº 2 
 
En un estudio experimental de absorción de amoníaco en agua en una columna de 
paredes mojadas, el valor de K G se ha encontrado en 0,205 mol NH 3 /h-ft 2 -atm. En un 
punto de la columna el gas contiene un 8% molar de NH 3 y la concentración en la fase 
líquida es 0,004 mol NH 3 /ft 3 de solución. La temperatura del sistema es 69 ºF y la 
presión total es de una atmósfera. En estas condiciones la constante de la ley de Henry 
de sistema es 0,15 atm/mol-NH 3 /ft 3 . Si un 85% de la resistencia total de la 
transferencia de masa se encuentra en la fase gaseosa, calcule los coeficientes 
interfaciales de transferencia y la composición de ambas fases en la interfase. 
 
R T = 
GK
1 = 87,4205,0
1
= 
 
Por tanto: 13,485,087,41 =⋅=
gk
 ⇒ ][242,0 3 3atmfth
molNHk g
−−
= 
 
Además, de la relación: 
 
lgG k
H
kK
+=
11 ⇒ 4,87=4,13 + 
lk
H ⇒ 74,0=
lk
H 
 
De esta forma: ][212,0 2
3
fth
solftkl
−
= 
Ahora calculando la composición de ambas fases en la interfase: 
 
][008,0108,0 atmPyP AAG =⋅=⋅= 
 
][004,0 3 3solft
molNHCAL = 
 
][0006,0004,015,0* atmCHP ALA =⋅=⋅= 
 
)0006,008,0(205,0)( * −⋅=−⋅= AAGGA PPKN = 1,63x10 2− [ ]2fth
mol
−
 
Por otro lado: 
 
][0127,0)08,0(1063,1)( 2 atmPPxPPkN AiAiAiAGgA =⇒−=⇒−= − 
 
De igual forma: 
 
][083,0)004,0(1063,1)( 3 32 solft
molNHCCxCCkN AiAiALAilA =⇒−=⇒−= −