Absorción de amoniaco en agua

Por Daniel · Actualizado el 1 de noviembre de 2026

En la absorción, un líquido retira un componente de un gas. Con los supuestos habituales (gas portador insoluble y líquido no volátil), el aire y el agua son componentes de enlace y el problema se resuelve en tres líneas.

Enunciado

Una corriente de 100 kmol/h de aire con 5 % mol de amoniaco entra a una columna de absorción, donde agua pura recupera el 98 % del amoniaco. El líquido de salida lleva 10 % mol de NH₃. Supón que el aire no se disuelve y que el agua no se evapora. Calcula el agua necesaria y las corrientes de salida.

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Solución paso a paso

1. Diagrama de flujo

2. Datos, unidades y notación

Notación:

ṅ_i,F = flujo molar del componente i en la corriente F (kmol/h).
ṅ_F = Σ_i ṅ_i,F (kmol/h); ṁ_F = Σ_i M_i ṅ_i,F (kg/h).

3. Análisis de grados de libertad

Subsistema	Variables	Balances	Datos y relaciones	GL
Absorbedor A	7	3	4	0
Sistema completo	7	7 ecuaciones		0

GL = variables − balances independientes − datos y relaciones. Las variables son los flujos de cada componente en cada corriente, más grados de avance, fracciones de división, Q, W y temperaturas desconocidas. Con GL = 0 el problema está completamente especificado. Se empieza por el subsistema con GL = 0.

4. Ecuaciones planteadas

Dato · G1 ṅ_G1 = 100 kmol/h
Dato · G1 ṅ_NH3,G1 = 0.05 ṅ_G1
Dato · L2 ṅ_NH3,L2 = 0.1 ṅ_L2
Balance · A ṅ_NH3,G2 + ṅ_NH3,L2 = ṅ_NH3,G1
Balance · A ṅ_H2O,L2 = ṅ_H2O,L1
Balance · A ṅ_aire,G2 = ṅ_aire,G1
Relación ṅ_NH3,L2 = 0.98 · ṅ_NH3,G1fracción de NH₃ que pasa a L2

5. Solución paso a paso

Corriente G1: 2 ecuaciones simultáneas: ecuaciones (1), (2), resueltas a la vez (Newton-Raphson, 2 iteraciones). ⇒ ṅ_NH3,G1 = 5 kmol/h
⇒ ṅ_aire,G1 = 95 kmol/h
De la ecuación (7): ṅ_NH3,L2 = 0.98 · (5) ⇒ ṅ_NH3,L2 = 4.9 kmol/h
De la ecuación (3): (4.9) = 0.1 ṅ_L2 ⇒ ṅ_H2O,L2 = 44.1 kmol/h
De la ecuación (4): ṅ_NH3,G2 + (4.9) = (5) ⇒ ṅ_NH3,G2 = 0.1 kmol/h
De la ecuación (5): (44.1) = ṅ_H2O,L1 ⇒ ṅ_H2O,L1 = 44.1 kmol/h
De la ecuación (6): ṅ_aire,G2 = (95) ⇒ ṅ_aire,G2 = 95 kmol/h

6. Resultados

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
NH₃	5	0.05	85.155	0.03001
aire	95	0.95	2,752.2	0.97
Total	100	1	2,837.3	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
H₂O	44.1	1	794.46	1
Total	44.1	1	794.46	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
NH₃	0.1	0.001052	1.7031	0.0006184
aire	95	0.9989	2,752.1	0.9994
Total	95.1	1	2,753.9	1

Componente	kmol/h	Fracción molar	kg/h	Fracción másica
NH₃	4.9	0.1	83.452	0.09506
H₂O	44.1	0.9	794.46	0.9049
Total	49	1	877.91	1

7. Verificación (entra + genera = sale)

Equipo	Balance	Entra	Sale	Error
Absorbedor A	Balance de NH₃	5	5	✓ 0 %
Absorbedor A	Balance de H₂O	44.1	44.1	✓ 8.1 × 10^-10 %
Absorbedor A	Balance de aire	95	95	✓ 2.7 × 10^-9 %
Absorbedor A	Masa total	3,631.8	3,631.8	✓ 2.3 × 10^-9 %

Tolerancia: error relativo menor a 1 × 10^-4 %. Todos los balances cierran.

Claves del problema

NH₃ que entra: 0.05 × 100 = 5 kmol/h. Se absorbe 0.98 × 5 = 4.9 kmol/h y quedan 0.1 kmol/h en el gas.
Líquido de salida: 4.9 / 0.10 = 49 kmol/h, de los cuales 44.1 kmol/h son agua. Esa es el agua que hay que alimentar.
Gas de salida: 95 kmol/h de aire + 0.1 de NH₃ = 95.1 kmol/h, con 0.105 % de NH₃.
El aire se define como un componente propio con su masa molar (28.97 kg/kmol), porque aquí no reacciona.

Errores comunes

Aplicar la fracción de 10 % al gas en lugar de al líquido.
Calcular el agua como 90 % del gas alimentado: el 10 % se refiere al líquido de salida.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se sabe cuánta agua mínima se necesita?

Con el equilibrio gas-líquido (ley de Henry o curvas de solubilidad). El balance dice cuánta agua sale con 10 % de NH₃; el equilibrio dice si esa concentración es alcanzable.

¿Por qué el aire y el agua son de enlace?

Porque cada uno entra por una sola corriente y sale por una sola corriente: el aire por el gas y el agua por el líquido.

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