• Author / Uploaded
• quesadilla91

• Categories
• Absorción (Química)
• Solvente
• Química
• Química física
• Ciencias físicas

Citation preview

CONCEPTO E IMPORTANCIA DE LA ABSORCION La absorción es una operación unitaria que consiste en separar de una mezcla gaseosa uno o más componentes con la ayuda de un solvente líquido, con el cual el o los componentes separados forman una solución.{3} La absorción es un proceso en el cual las moléculas o átomos de una fase interpenetran casi uniformemente en los de otra fase constituyéndose una "solución" con esta segunda. {1} Se diferencian tres partes importantes en el proceso de absorción: el gas portador el cual va a ser limpiado o purificado, el líquido lavador, que sirve a disolver las impurezas, y el componente gaseoso a separar. Eleccion del Disolvente para la Absorción Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica, el disolvente es especificado por la naturaleza del producto. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de elección. Por supuesto, el agua es el disolvente más barato y más completo, pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades: 1. Solubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con frecuencia, la reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a utilizar, la reacción debe ser reversible. 2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente. 3. Corrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos. 4. Costo. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean costosas, y debe obtenerse fácilmente. 5. Viscosidad. Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorción, mejores características en la inundación de las torres de absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de transferencia de calor.

6. Otros. Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto bajo de congelamiento. {4}

Tipos de absorción La absorción es un proceso que puede ser químico o físico.

La absorción física La absorción física se hace entre una mezcla de gases o parte de ella y un disolvente líquido. Se trata de la transferencia de masa que tiene lugar en la interfase entre el líquido y el gas y la velocidad a la que el gas se difunde en un líquido. Este tipo de absorción depende de la solubilidad de los gases, la presión y la temperatura.

La absorción química Se da una reacción química en la fase liquida, lo que ayuda a que aumente la velocidad de la absorción. Es muy útil para transformar los componentes nocivos o peligrosos presentes en el gas de entrada en productos inocuos. En décadas recientes, este proceso a llegado a ser especialmente importante para la purificación de gases con altos requerimientos de pureza. En contraste a la absorción física (proceso puramente físico y sin reacciones), la absorción reactiva es capaz de dar alta capacidad de solución, a presiones parciales moderadas y en cantidades pequeñas de solución.A veces se combina con la absorción física. Este tipo de absorción depende de la estequiometría de la reacción y la concentración de los reactivos.{2}

Importancia de la Absorcion El proceso de absorción se emplea para retirar contaminantes de una corriente productos que pueden afectar a la especificación final o grado de pureza. Además la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeñas puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto no interese en ningún sentido

. La absorción puede perseguir diversos objetivos: Recuperar un componente gaseoso deseado. Eliminar un componente gaseoso no deseado. Se puede tratar, por ejemplo, de la eliminación de una sustancia nociva de una corriente de gases residuales. Obtención de un líquido; un ejemplo sería la producción de ácido clorhídrico por absorción de HCl gaseoso en agua.{1}

La absorción se emplea sobretodo para retirar los contaminantes gaseosos de una corriente de gas saliente de un proceso como resultado por ejemplo de una combustión. También se emplea para eliminar olores, humos y otros componentes tóxicos. Se pueden eliminar contaminantes de la corriente producto como: dióxido de azufre, sulfuro de hidrogeno, acido clorhídrico, oxido fluorhídrico, minas, mercaptanos, oxido de etileno, alcoholes, fenol, etc. Actualmente estos procesos de absorción tradicionales se han modificado introduciendo reacciones químicas en la fase liquida, debido a que esto ayuda a la velocidad de absorción. {5} Una de las aplicaciones más importantes del proceso de absorción se encuentra en las centrales térmicas para eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida, principalmente el SO2 y CO2. Para conseguir la absorción del dióxido de azufre de los gases de escape de una combustión se pueden usar numerosos agentes de absorción como entre ellos cal, piedra caliza, oxido de magnesio, soda, agua de mar o álcalis dobles. Posteriormente se puede proceder a la recuperación del dióxido de azufre o del acido sulfúrico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desecho.

El dióxido de azufre se emplea en la fabricación de acido sulfúrico. El proceso consiste en una oxidación del dióxido para transformarlo a trióxido, Este se absorbe después en agua para dar lugar al acido . Se debe procurar que la

operación de absorción sea lo mas eficiente posible para evitar las emisiones de oxido sulfúrico. Así mismo se emplea la absorción en la depuración del gas de síntesis . Es necesario eliminar de la corriente producto del gas de síntesis los compuestos sulfurados (sulfuro de hidrogeno y sulfuro de carbonilo) y el dióxido de carbono presente . La absorción de los compuestos de azufre puede ser física o química. En el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o dimetyl éter mientras que para la absorción química se utilizan soluciones acuosas de aminas (MEA) , (DEA) . Para la descarbonatación se procede de igual manera pudiendo usarse además una solución acuosa de carbonato potásico para la absorción. {6} 1.2 TIPOS DE COLUMNAS DE ABSORCION En este equipo se permite poner en contacto dos fluidos a contracorriente dentro de una columna de acrílico, rellena de anillos rashing, donde el componente de interés de la fase gaseosa se transfiere a la fase líquida. En este, también se puede observar el proceso de absorción del gas y posee la capacidad para realizar prácticas de humidificación. Para los operadores y diseñadores de planta, es necesario conocer las características del flujo y de la transferencia de masa dentro de la columna. 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). Se produce una transferencia de materia entre dos fases inmiscibles. Columnas de platos Generalmente la operación de absorción de gases, igual que en otras operaciones básicas, como pueden ser la desorción y la rectificación, se realizan en columnas que son iguales que en el caso de una torre o columna de absorción con relleno. Son cuerpos cilíndricos dispuestos en posición vertical. En su interior se pueden encontrar unos dispositivos (bandejas, platos, ...) El objetivo principal de estos platos es proporcionar una gran superficie de contacto entre las dos fases: la fase gaseosa y la fase líquida. Los platos o bandejas se ponen en contacto con la fase líquida y el gas en contracorriente. Lo que transcurre es una transferencia de materia a causa del gradiente de concentración. El diseño de las columnas de platos se basa en los principios de los cálculos para la determinación del número de platos teóricos, para conseguir una concentración determinada a partir de la técnica de absorción de gases. La utilización de las columnas de platos se realiza básicamente en operaciones a gran escala. Las características de aplicación son : - Tienen un contacto discontinuo con el gas. - Gran diámetro del gas. - Se utilizan cuando hay sólidos en suspensión.

- Se aplica en los casos que puedan haber cambios bruscos de temperatura. - Se utilizan cuando de debe trabajar con presiones elevadas. {7}

Tipos de platos - Platos perforados: Son placas con perforaciones que pueden ser de diferentes tamaños. Su construcción es la más sencilla de todas.

Figura 2.3: Esquema de un plato perforado.

Figura 2.4: Ejemplo real de un plato perforado.

- Platos de “campana de barboteo”: Son los más utilizados a lo largo de la historia, i por lo tanto hay de muchas formas y tamaños. Las campanas están colocadas encima de unos conductos de subida.

Figura 2.5: Esquema de un plato de barboteo.

Figura 2.6: Ejemplo real de un plato de campanas de barboteo. Fuente: www.patagoniavessels.com.ar - Platos de válvula: Es un modelo que se encuentra en el medio de los dos tipos de platos anteriores. Su construcción consiste en un agujero donde encima hay una válvula, la cual se eleva con el paso del corriente líquido. Es muy similar al de campana de barboteo.

Figura 2.7: Esquema i tipos de platos de válvulas. Aún que el más utilizado es el plato perforado, debido a du facilidad de construcción, si se requiere una mayor flexibilidad, de deben utilizar los otros tipos de platos. Los platos de barboteo se suelen utilizar para controlar el tiempo de residencia óptimo para conseguir determinadas reacciones químicas. {8}

Columnas de relleno En las columnas de relleno la transferencia de materia se hace de forma continuada.Estas columnas también son llamadas columnas empaquetadas. La torre de relleno más común es la que consiste en una carcasa cilíndrica que contiene el material inerte en su interior. Este material inerte es el que recibe el nombre de relleno. El objetivo principal del relleno es proporcionar una superficie de contacto más amplia entre el vapor y el líquido extractor, de esta manera aumenta su turbulencia y por tanto, mejora su eficacia. Hay rellenos de muchas formas y dimensiones diferentes. Se pueden situar de forma ordenada, si el volumen del relleno es grande (5-20cm) o desordenada si el volumen del relleno es pequeño (550mm). Lo que suelen utilizar son los anillos Rasching mayores de 5-8cm de diámetro y se sitúan de forma ordenada. A medida que aumenta el tamaño del relleno, la eficacia de la transferencia de materia, va disminuyendo y por tanto aumentan las pérdidas de carga. En conclusión, para poder determinar cuál es el tamaño óptimo del relleno se deben tener en cuenta dos factores: - La selección del material del relleno. - La ordenación del material inerte, relleno.

Figura 2.11: Esquema de una columna de absorción de gases y rellenos Las características de los rellenos son: -Deben ser químicamente inertes. - Deben tener una cierta resistencia mecánica elevada. - Deben permitir el paso adecuado de las dos corrientes. - Deben permitir un buen contacto entre las dos fases. - Deben ser de costes bajos, es decir, económicos. La mayoría de los rellenos son hecho de material barato, inerte y ligero. Ejemplo: arcilla, grafito, porcelana ... tan se pueden utilizar las formas irregulares como las regulares. Los rellenos que están ordenados dentro de la columna y ,por lo tanto, tienen unas dimensiones relativamente grandes, presentan canales interrumpidos a través de la cama y originan caídas de presión menores que las colocadas al azar, donde el gas se ve obligado frecuentemente a cambiar de velocidad y de dirección.

Figura 2.12: Rellenos de una columna. Las características de aplicación: - Tienen un contacto continuo con el gas. - Diámetro del gas. - Se utilizan cuando hay compuestos corrosivos en la mezcla de gases. I también cuando hay líquidos espumosos. - Se aplica en los casos que hayan cambios bruscos de temperatura. . - Se utilizan cuando se trabaja con presiones bajas {9}

Columna de absorción de gas de pared húmeda - CES

Las columnas de pared húmeda pueden utilizarse para determinar coeficientes de transferencia de masa gas/líquido, esencial a la hora de calcular el diseño de las torres de absorción. Dichos coeficientes forman la base de las correlaciones usadas para desarrollar torres de relleno. El CES examina la absorción en agua desoxigenada (preparada por aspersión de nitrógeno) de oxígeno del aire. Éste es un ejemplo de absorción controlada por película líquida. Puede determinarse el coeficiente de transferencia de masa de película líquida para diversos caudales másicos de agua. Descripción del Equipo Los componentes del sistema están montados en un bastidor de suelo de acero pintado.

La columna de pared mojada es una columna de vidrio con secciones de entrada y salida de agua, y está montada sobre cardanes con el fin de asegurar su verticalidad. La columna de desoxigenación tiene un tamaño global similar al de la columna de pared mojada, y está situada en posición vertical junto a aquélla. Al lado de las columnas hay una consola de control con caudalímetros, controles de bomba y analizador de oxígeno. Entre las columnas hay dos alojamientos especiales, que contienen las sondas de análisis de oxígeno que monitorizan el contenido de oxígeno en el agua que entra y sale de la columna de absorción. El aparato utiliza como medio de trabajo agua, contenida en un tanque de almacenamiento en la parte de atrás de la unidad. Las bombas que suministran agua al desoxigenador y la columna de absorción están situadas en la base de la unidad. Durante la operación, el agua es aspersada con nitrógeno en el desoxigenador antes de entrar por la parte superior de la columna de pared mojada. Una bomba de aire integral tipo diafragma bombea aire en la base de la columna. El aire asciende por la columna, entregando el oxígeno al agua. El oxígeno disuelto en la entrada y la salida puede medirse en rápida sucesión. El agua se drena al tanque de almacenamiento para su reciclaje al desoxigenador. {10}

http://www.slideshare.net/erikkitaa200704/absorbedores {5} http://www.gunt.de/download/absorption_spanish.pdf {1} http://centrodeartigos.com/articulos-utiles/article_109842.html {2} http://www.slideshare.net/thedarkrigen/operaciones-unitarias-16257921 {3} http://es.wikipedia.org/wiki/Absorci%C3%B3n_(qu%C3%ADmica) {4} http://www.slideshare.net/erikkitaa200704/absorbedores {6} http://epsem.upc.edu/~plantapilot/castella/model%20matematic_2.3.html {7} http://epsem.upc.edu/~plantapilot/castella/model%20matematic_2.3.1.html {8} http://epsem.upc.edu/~plantapilot/castella/model%20matematic_2.4.html {9} http://www.jackzavaleta.galeon.com/balw4.pdf {10}