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• Luis F. Veliz

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PROCESOS DE SEPARACION

REVISION POR ING. WILFREDO VILLARPANDO

Tipos de procesos de separación 1. Absorción. Cuando las dos fases en contacto son un gas y un líquido, la operación unitaria se llama absorción. Un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida. 2. Destilación. En el proceso de destilación aparecen una fase de vapor volátil y una fase líquida que se vaporiza. Un ejemplo es la destilación de una solución etanolagua, donde el vapor contiene una concentración de etanol mayor que el líquido.

3. Extracción líquido-líquido. Cuando las dos fases son líquidas, y se extrae un soluto o solutos de una fase a otra, el proceso se llama extracción líquido-líquido. Un ejemplo es la extracción de ácido acético de una solución acuosa por medio de éter isopropílico. 4. Lixiviación. Si se usa un fluido para extraer un soluto de un sólido, el proceso recibe el nombre de lixiviación. Algunas veces este proceso también se llama extracción. Algunos ejemplos son la lixiviación de cobre en minerales sólidos por medio de ácido sulfúrico y la lixiviación de aceites vegetales de harina de soya por medio de disolventes orgánicos como el hexano.

5. Procesamiento con membranas. La separación de moléculas por medio de membranas es una operación unitaria relativamente nueva que está adquiriendo cada vez más importancia. La membrana sólida, relativamente fina, controla la tasa de movimiento de moléculas entre las dos fases. 6. Cristalización. Los solutos solubles componentes de una solución pueden extraerse de ésta ajustando las condiciones como temperatura o concentración, de manera que se exceda la solubilidad de uno o más solutos y éstos cristalicen como fase sólida.

7. Adsorción. En un proceso de adsorción se adsorben uno o más componentes de una corriente de líquido o de gas sobre la superficie o en los poros de un adsorbente sólido, y se logra la separación. 8. Intercambio iónico. En un proceso de intercambio iónico, ciertos iones son eliminados por un sólido de intercambio iónico. Este proceso de separación se asemeja mucho a la adsorción.

Relaciones de equilibrio entre fases Equilibrio gas-líquido Ley de Henry. Con frecuencia la relación de equilibrio entre PA en la fase gaseosa y xA se puede expresar por medio de la ecuación de la ley de Henry, que es una recta a concentraciones bajas:etc.

DIFUSIONALES Separan a nivel molecular

Mezcla inicial: Fase homogénea Agente de separación

Energético Material Barrera F: 1 fase

Separación difusional

Productos: 2 Fases

2 Fases:Transferencia de materia y/o calor

Separación mecánica

Clasificaciones Objetivo: Concentrar/Purificar/Fraccionar Fases presentes: Homogéneas/Heterogéneas Agente de separación: Material/Energético/Barrera

Clasificaciones Modo de operación:

Continuo/Semicontinuo/Batch Contacto entre fases:

Contracorriente/Paralelo/Flujo cruzado Etapas discretas/Contacto continuo

Control: Equilibrio/Cinético

Vaporización de flash Fase inicial alimentación: líquido V

L L

Fase generada: vapor Agente de separación: AES Reducción de presión Aplicación: Recuperación de agua a partir de agua de mar

Condensación parcial V

V q

L

Fase inicial alimentación: vapor Fase generada: líquido Agente de separación: AES Transmisión de calor Aplicación: Recuperación de N2 y H2 en la producción de NH3 a alta presión

Evaporación Fase inicial alimentación: líquido V

Fase generada: vapor Agente de separación: AES Transmisión de calor/ Reducción de P

L q L

Aplicación: Obtención de azúcar

Destilación q

L/V

q

L Fase inicial alimentación: líquido/vapor Fase generada: vapor/líquido Agente de separación: AES Transmisión de calor Aplicación: Separación de hidrocarburos de L crudo de petróleo

Absorción Fase inicial alimentación: gas permanente G

G

AMS

L

Fase añadida: líquido Agente de separación: AMS Disolvente selectivo Aplicación: Tratamiento de efluentes gaseosos

Desorción/stripping L

G

Fase inicial alimentación: líquido Fase añadida: gas permanente Agente de separación: AMS Gas disolvente

L

AMS

Aplicación: Separación de NH3 de efluentes líquidos

Extracción líquido/líquido L

AMS

L

L

Fase inicial alimentación: líquido Fase añadida: líquido Agente de separación: AMS Disolvente selectivo e inmiscible Aplicación: Separación de penicilina en disolución acuosa añadiendo acetato de butilo

Lixiviación: Extracción sólido-líquido Fase inicial alimentación: sólido AMS

S

L

S

Fase añadida: líquido Agente de separación: AMS Disolvente selectivo

Aplicación: Separación de café soluble de semilla de café

Secado Fase alimentación: Sólido-líquido G+V

G

S/L

S/L

Fase generada: vapor Agente de separación: AMS y/o AES Gas (aire) y/o transmisión de calor Aplicación: Eliminación de agua del PVC

Adsorción G/L AMS

G/L

Fase alimentación: líquido/gas Fase añadida: sólido Agente de separación: AMS Sólido adsorbente Aplicación: Separación de NH3 de efluentes líquidos

Cristalización AMS q

L

Fase alimentación: Líquido/Gas

V L

Fase generada: sólido (vapor?) Agente de separación: AES y/o transmisión de calor y/o reducción de P, y/oAMS Aplicación: Obtención de sales desde salmueras

S

Desublimación Fase alimentación: vapor

V

Fase generada: sólido

V

q S

Agente de separación: AES Transmisión de calor, aumento de presión Aplicación: Recuperación de anhidrido ftálico de mezclas de gases N2, O2, CO2, CO, etc

Clasificación de las operaciones de separación MECÁNICAS

DIFUSIONALES

Centrífuga Ciclón HETEROGÉNEAS Decantador Separador electrostático Separador de emulsiones No Equilibrio Filtración Flotación Magnéticas Membranas No Membranas Sedimentación Ultrafiltración Adsorción cinética Electrodiálisis Pervaporación Ósmosis inversa Permeación de gases

Cromatografía Gas-Sólido Afinidad Adsorción Capilaridad Sublimación LLC GSC CGS HPLC

Equilibrio

HOMOGÉNEAS Espectrómetro de masas Difusión gaseosa Difusión térmica Ultracentrifugación Electroforésis

Gas-Líquido Líquido-Líquido Tres Fases Líquido-Sólido Absorción Extracción Adsorción Destilación Cristalización Azeotrópica Fusión zonal Extractiva Intercambio iónico Flash Extracción S-L Reactiva Lavado Vapor Secado de sólidos Vacío

SELECCIÓN DE OPERACIONES DE SEPARACIÓN FACTORES CON INFLUENCIA Alimentación:

Composición (Concentración), Flujo, T, P, Fase Producto: Pureza, T, P, fase Diferencia de propiedades de los componentes: Moleculares, termodinámicas, de transporte Características de la operación: Escalado, equipo, condiciones de operación, coste energético, know-how

Madurez tecnológica y de uso de procesos de separación 95% separaciones mundiales Asíntota de uso

Destilación 100

15% consumo energético Destilación

90

Tecnología 80

Sencillez mecánica

Madurez de Uso

Madurez

Absorción Destilación extract./Azeot.

70

Cristalización

Escala de aplicaciónIntercambio iónico

Extracción

60

Adsorción alimentación gas

50 Adsorción alimentación líquida

40 Membranas alimentación gas

30 Abs./Extr. Supercrítica Membranas líquidas

20

Membranas alim. líquida

Cromatografía alimentación líquida Separaciones inducidas por campos

10

Separaciones por afinidad Primera aplicación

0 0

Invención

20

40

60

Madurez Tecnológica

80

100

Asíntota tecnológica

Separaciones de equilibrio o controladas por la velocidad:

Factor de separación. .

Objetivos: 1. Definir el factor de separación, como concepto general aplicable a cada operación y como criterio inicial de selección.

2. Definir los conceptos de etapa de equilibrio y eficacia de separación.

COMPONENTES: i, j Fases: I, II FACTOR DE SEPARACIÓN a Agente de separación

xiI F (zi, zj)

xjI Fase I

xiII

xjII

Fase II

aij 

I II xi ·x j II I xi ·x j

1

ETAPA TEÓRICA DE EQUILIBRIO F

Fase I Fase II

xiI

II Ki xi a ij   I K j xj x IIj

x i I,

xj I ,

P I,

TI

xiII, xjII, PII, TII

Equilibrio: PI = PII TI = TII xiI = Ki·xiII xjI = Kj·xjII

a inherente o teórica: Cociente coef distribución Volatilidad relativa

a depende menos que K de P, T, xi, xj

ETAPA TEÓRICA DE EQUILIBRIO F

Fase I Fase II

x i I,

xj I ,

P I,

TI

xiII, xjII, PII, TII

Equilibrio: PI = PII TI = TII xiI = Ki·xiII xjI = Kj·xjII

a real < a teórico a REAL: EFICACIA Mezcla de fases Cinética de transferencia de materia y/o calor Modelos de flujo Separación de fases: arrastre

SEPARACIONES CON CONTROL CINÉTICO a inherente o teórico: Considera un único mecanismo controlante a real < a teórico Valor empírico

Contacto continuo o por etapas de equilibrio. Objetivos: • Describir los modos de contacto aplicables al diseño y operación de cualquier proceso, con independencia del tipo particular de separación. •

Eligiendo como referencia alguna operación particular, establecer los balances de materia para una y varias etapas con flujo de las fases en corrientes paralelas, contracorriente y cruzado, comparando los resultados. Introducir la ecuación de la línea de operación.

SEPARACIÓN DIFUSIONAL HETEROGÉNEA EQUILIBRIO • Transferencia de materia entre fases • Fuerza impulsora: D potencial químico • Etapa: Contacto entre fases + separación mecánica

F Agente de separación

Fase I Fase II

xiI, xjI, PI, TI

xiII, xjII, PII, TII

SEPARACIÓN DIFUSIONAL HETEROGÉNEA EQUILIBRIO F Agente de separación

Fase I Fase II

xiI, xjI, PI, TI

xiII, xjII, PII, TII

RESOLUCIÓN 1 ETAPA (equilibrio teórico): • Balance de materia global • Balance a C-1 componentes • Equilibrio entre fases

SEPARACIÓN DIFUSIONAL HETEROGÉNEA EQUILIBRIO Etapa de equilibrio: Separación limitada al valor de equilibrio: a SOLUCIÓN Acoplamiento de etapas múltiples: •

Corrientes paralelas

•

Flujo cruzado

•

Contracorriente

Contacto de equilibrio en una y en múltiples etapas

Contacto de equilibrio de una sola etapa

Contacto en equilibrio de una sola etapa para un sistema gas-líquido

Etapas de contacto múltiple a contracorriente

Balance de materia Etapas de contacto múltiple a contracorriente

Número de etapas en un proceso de contacto con etapas múltiples a contracorriente.

Ecuaciones analíticas para el contacto a contracorriente por etapas

Numero de etapas teóricas donde: A se llama factor de absorción y el S, factor de desorción, donde S = l /A.

ABSORCIÓN G0, y0

G1, y1

G L0, x0

L

L1, x1

Resolución: balances de materia + equilibrio G0 + L0 = G1 + L1 G0·y0 + L0·x0 = G1·y1 + L1·x1 y1 = H·x1 G1 < G0; y1 < y0; L1 > L0; x1 > x0

ABSORCIÓN G0, y0 L0, x0

G L

G1, y1 L1, x1 G1 < G0; y1 < y0; L1 > L0; x1 > x0

Cálculos en BASE EXENTA del soluto transferido G’ moles de compuesto gas que no se transfiere L’ moles de compuesto líquido que no se transfiere moles soluto en fase gas y Y  moles componente gas que no transfiere 1  y

G0· y0 = G’·Y0 X

/ G1·y1 = G’·Y1

moles soluto en fase líquida x  moles componente líq que no transfiere 1  x

L0· x0 = L’·X0

/ L1·x1 = L’·X1

ABSORCIÓN: EXENTO 1 ETAPA

G’, Y0

G’

L’, X0

L’

G’, Y1 L’, X1

Balance de materia global: G’ = cte L’ = cte Balance de materia al soluto: G’·Y0 + L’·X0 = G’·Y1 + L’·X1 (Y0-Y1) = -L’/G’·(X0-X1)

Ecuación de una línea recta: Pendiente –L’/G’ Dos puntos: (X0, Y0) (X1, Y1) Equilibrio: Y1 = eq (X1)

ABSORCIÓN EXENTO 1 ETAPA EQUILIBRIO G’, Y0

L’, X0

G’ L’

G’, Y1

L’, X1

Línea equilibrio

Y Y0

Línea operación -L’/G’

Y1 X0

X1

X

ABSORCIÓN EXENTO 1 ETAPA EQUILIBRIO G’, Y0

L’, X0

G’ L’

Y

G’, Y1

L’, X1

Línea equilibrio

Y0

Línea operación -L’/G’

Y1 X0

X1

X

ETAPAS EN CORRIENTES PARALELAS G’, Y0 L’, X0

G’, Y1 Etapa 1 G→L

L’, X1

G’, Y2 Etapa 2 G→L

L’, X2

Etapas teóricas: Equilibrio En corrientes paralelas la salida es independiente del número de etapas Y1 = Y2 = Y3 = .....Yn X1 = X2 = X3 = .....Xn

ABSORCIÓN: ETAPAS EN CONTRACORRIENTE G’, Y0 L’, X1

Etapa 1 G L

G’, Y1 L’, X2

Y2X0

Balance de materia Global G’ = constante L’= constante Soluto G’·Y0+L’·X0G’·Y2+L’·X1 L’·(X0-X1) = G’·(Y2-Y0)

Ecuación de línea recta Pendiente L’/G’ 2 puntos (X0 Y2)(X1,Y0) Equilibrio

ABSORCIÓN: ETAPAS EN CONTRACORRIENTE G’, Y0 L’, X1

Etapa 1 G L

G’, Y1 L’, X2

Y Y0

Etapa 2 G L

G’, Y2 L’, X0

Línea equilibrio Línea operación L’/G’

Y1 Y2

X0

X2

X1

X

ABSORCIÓN: FLUJO CRUZADO L1’, X0 G’, Y0

Etapa 1 G L

G’, Y1

L1’, X1

L2’, X0 Etapa 2 G L

G’, Y2

L2’, X2

Etapa 1: Idéntico a una única etapa (Y0-Y1) = -L1’/G’·(X0-X1) Pendiente –L1’/G’ Dos puntos: (X0, Y0) (X1, Y1), X1 Y1 equilibrio Etapa 2: Nueva etapa (Y1-Y2) = -L2’/G’·(X0-X2) Pendiente –L2’/G’ Dos puntos: (X0, Y1) (X2, Y2), X2 Y2 equilibrio

ABSORCIÓN: FLUJO CRUZADO L1’, X0 G’, Y0

L2’, X0 G’, Y1

Etapa 1 G L

Etapa 2 G L

L1’, X1

L2’, X2

Y

Línea equilibrio

Y0

Y1 Y2

G’, Y2

Línea operación -L1’/G’ Línea operación -L2’/G’ X0

X2

X1

X

CLASIFICACIÓN DE LAS OPERACIONES SEPARACIÓN Objetivo

Tipo de residuo

Operación

Separación de fases

Suspensiones, lechadas Suspensiones coloidales Lodos

Sedimentación, filtración, centrifugación Ultrafiltración Filtración, centrifugación

Separación de metales y aniones solubles

Disoluciones

Intercambio iónico, ósmosis inversa

Separación de compuestos orgánicos

Disoluciones acuosas

Adsorción, extracción, ultrafiltración

Recuperación de disolventes

Disoluciones

Destilación, arrastre por vapor, evaporación, ósmosis inversa

Eliminación de microorganismos patógenos

Disoluciones acuosas, lodos

Ultrafiltración

Separación de contaminantes

Corrientes gaseosas

Adsorción, absorción gaslíquido

Separación de partículas sólidas

Corrientes gaseosas y efluentes líquidos

Sedimentación, centrifugación, filtración

Separación de partículas sólidas de pequeño tamaño

Efluentes líquidos, disoluciones coloidales y salinas

Microfiltración, ultrafiltración, ósmosis inversa

DE

PRINCIPALES OPERACIONES DE SEPARACIÓN Operación

Objetivo

Ejemplo de aplicación

Absorción

Separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa mediante su disolución selectiva en un líquido

Absorción de amoniaco del aire en agua

Adsorción

Separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida o gaseosa mediante un sólido adsorbente

Adsorción de compuestos fenólicos en disolución acuosa con carbón activo

Centrifugación

Separación de sólidos o líquidos de emulsiones o suspensiones por actuación de la fuerza centrífuga

Separación del agua mezclada con aceites vegetales en su proceso de extracción

Destilación

Separación de una mezcla líquida por vaporización parcial de la misma y condensación del vapor generado

Obtención de etanol a partir de mezclas hidroalcohólicas

Evaporación

Separación de los componentes volátiles de una disolución en la que el soluto es no volátil por generación de su vapor mediante calefacción

Concentración de zumos de frutas por eliminación de agua

Extracción

Separación de los componentes de una mezcla líquida mediante un disolvente inmiscible con ella.

Extracción de aromáticos de los aceites lubricantes con furfural

Filtración

Separación de las partículas suspendidas en un fluido mediante su retención sobre un material poroso

Tratamiento de aguas residuales mediante lechos de arena

Rectificación

Separación, a través de sucesivas vaporizaciones parciales, de uno o varios componentes de una mezcla fluida mediante calefacción o enfriamiento

Separación del crudo petrolífero en fracciones de distinta volatilidad

Secado

Separación de un líquido que impregna un sólido, mediante su vaporización en un gas, normalmente aire

Secado de materiales cerámicos porosos en corriente de aire caliente

Sedimentación

Separación de partículas sólidas o gotas de un fluido por acción de la gravedad

Separación de lodos producidos en el tratamiento de aguas residuales

FILTRACIÓN

SEDIMENTACIÓN

SEDIMENTACIÓN CENTRÍFUGA CICLÓN

EVAPORACIÓN

EXTRACCIÓN

CENTRIFUGACIÓN

RECTIFICACIÓN

ABSORCIÓN DESORCIÓN

ADSORCIÓN

SECADO

HUMIDIFICACIÓN

INTERCAMBIO DE CALOR

ÓSMOSIS INVERSA

INTERCAMBIO IÓNICO

ABSORCIÓN DE GASES • Introducción

• Diseño de una columna de relleno • Cálculo de la altura de relleno

• Punto de vista macroscópico • Punto de vista microscópico

• Otros elementos de diseño • Otros equipos de absorción

• INTRODUCCIÓN 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. A veces un soluto se recupera de un líquido poniendo éste en contacto con un gas inerte. Tal operación, que es inversa de la absorción, recibe el nombre de desorción de gases, desabsorción o stripping.

xA yA

yA yAi xAi xA

A Fase Y

Fase X Interfase

z

Ejemplo: eliminación de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida. Posteriormente se recupera el soluto del líquido por destilación u otra técnica y el líquido absorbente se puede desechar o reutilizar.

Aplicaciones de la absorción: Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de producción Producción industrial de disoluciones ácidas o básicas en agua (ácidos clorhídrico, sulfúrico y nítrico o hidróxido amónico) Recuperación de gases ácidos como H2S, mercaptanos y CO2 con disoluciones de aminas

Control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados)

Eliminación de SO2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido de sodio Eliminación de óxidos de nitrógeno con disoluciones de agentes oxidantes

Equipos en los que se produce la absorción/desorción de gases

Columnas de platos Columnas de relleno

Columnas de relleno Salida de gas

Entrada de líquido

Relleno

Salida de líquido

Entrada de gas

Columnas de relleno

a

b

c

d

Cuerpos de relleno típicos: a) montura Berl; b) montura Intalox; c) anillo Raschig; d) anillo Pall

Distribución del relleno:

1. Al azar: tamaño < 3 pulgadas (2,54 cm) (< 1” se usan en laboratorio o planta piloto) 2. Ordenados: entre 2 y 8 pulgadas

Columnas de relleno Características de los rellenos de columnas de absorción: 1. Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre. 2. Resistente mecánicamente sin tener un peso excesivo. 3. Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retención de líquido o caída de presión. 4. Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas. 5. Coste razonable. Materiales:  Baratos, inertes y ligeros: Arcilla, porcelana, plásticos, acero, aluminio.  Unidades de relleno huecas, que garantizan la porosidad del lecho y el paso de los fluidos.

DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO Objetivo del diseño conseguir el máximo de transferencia de componentes con el mínimo consumo de energía y de tamaño de columna, es decir, con el mínimo coste. Diseñar una columna de absorción

Calcular la altura del relleno necesarios para lograr la separación deseada

Composición de las corrientes de entrada Composición del gas a la salida (fin perseguido) Circulación en contracorriente

Otros parámetros de diseño:

Diámetro de la columna Caudales de las dos fases Tipo de relleno. Datos de diseño que son conocidos normalmente: Condiciones de operación de la columna: PT y T

DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO Salida de gas

Caudal volumétrico Composición: objetivo

Caudal volumétrico composición

Entrada de líquido Relleno

Caudal volumétrico ¿Composición?

Salida de líquido

Caudal volumétrico composición

Entrada de gas

DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO Se va a estudiar el caso de absorción, en estado estacionario, de un soluto A desde una mezcla gaseosa con B mediante un absorbente líquido C

L2

X2 x2 Ls

L1

X1 x1

2 P T

T 1

P2 Y2 y2

G2

Ecuaciones de transformación L LS = L (1-x) = 1+X

Gs

X 1+X



X=

x 1-x

Y P = 1+Y PT



Y=

y P = 1-y PT -P

x=

P1 Y1 G1 y1

y=

G GS = G (1-y) = 1+Y

L y G: caudales de líquido y gas (mol/s m2) x e y: fracciones molares de líquido y gas LS (mol C/s m2) GS (mol B/s m2) Y (mol A/mol B) X (mol A/mol C)

Cálculo de la altura de relleno Altura de relleno

X2 x2

L2 Punto de vista macroscópico: Consiste en determinar el número de etapas o pisos teóricos, NPT, y Ls disponer de la altura equivalente a un piso teórico, AEPT. X1 h = NPT · AEPT L1 x1

2 P T

T 1

P2 Y2 y2

G2

Gs P1 Y1 G1 y1

Punto de vista microscópico: Conjugar Balances de materia y energía con la expresiones cinéticas de densidades de flujo. En caso de absorción isoterma no hay que considerar el balance de energía

Cálculo de la altura de relleno Punto de vista macroscópico X 2 2

P2 Y2

Balance de materia (soluto, A)

GS·Y1 + LS·X2 = GS·Y2 + LS·X1

Ls

X1

PT T

1

Gs P1 Y1

  L L Y1 =  Y2 - S ·X2  + S ·X1 GS   GS

Cálculo de la altura de relleno Punto de vista macroscópico

Una vez fijada la recta de operación en el diagrama X-Y (LS,óptimo varía entre 1,2 y 1,5 veces el valor de LS,mínimo) el cálculo del número de etapas o pisos teórico, NPT, para la separación deseada es inmediato.

Cálculo de la altura de relleno Punto de vista microscópico

Balance de materia (A) LS ·X + GS ·Y = LS · X + dX  + GS · Y + dY 

LS ·dX =  GS ·dY N 'A =

dFA dFA LS ·dX  G S ·dY = = = =  k ·a  ·FI dV S·dh dh dh

dh=

LS  GS ·dX= ·dY  k·a  ·FI  k·a  ·FI

Cálculo de la altura de relleno Punto de vista microscópico

dh=

LS  GS ·dX= ·dY  k·a  ·FI  k·a  ·FI

Y  G S   1 dY   GS   AUTY ·NUTY h=  dh=  ·dY    ·   K Y ·a  · Y  Ye   K Y ·a   Y2 DY  0 Y1 Y2

h

Para disoluciones diluidas (coeficiente global volumétrico constante) se suele cumplir que la relación de equilibrio es lineal d  DY  DY  DY2  cte.  1 dY Y1  Y2

DY

1 GS 1 dY GS G Y1  Y2 d  ΔY  Y  Y2 h= ·  ·   S · 1 K Y ·a Y DY K Y ·a DY ΔY1  ΔY2 DY K Y ·a ΔY1  ΔY2 2 2  DY  ln  1   DY2 

Y

h=

G S Y1  Y2 · K Y ·a ΔYml

Cálculo de la altura de relleno h= Punto de vista microscópico

G S Y1  Y2 · K Y ·a ΔYml

Caso 2: Coeficiente global volumétrico de la fase líquida y la fuerza impulsora en relaciones molares. Para disoluciones diluidas: X

L X  X2 h= S · 1 K X ·a ΔX1  ΔX 2  DX1  ln    DX 2 

h

LS X1  X 2 · K X ·a ΔX ml

DX

1 1 LS LS X1  X 2 d  ΔX  dX h= ·  ·  K X ·a X DX K X ·a DX ΔX1  ΔX 2 DX 2

2

Otros elementos de diseño • Caudal volumétrico de líquido Se define el caudal de mojado como el cociente entre el caudal volumétrico y el perímetro del relleno; y debe ser siempre superior a un cierto valor. El caudal mínimo de mojado para la mayoría de los rellenos vale 0,08 m3/(h·m) y el caudal máximo de mojado suele ser de unos 0,7 m3/(h·m) • Caudal de gas La velocidad del gas a la cual se produce el anegamiento se llama velocidad de inundación. Generalmente se opera a la mitad de la velocidad de inundación • Diámetro de la columna El diámetro de la columna es el segundo parámetro de diseño (el primero es la altura) y su cálculo se realiza a partir de consideraciones fluidodinámicas, es decir, a partir de los datos de caudales de circulación del gas y del líquido.

OTROS EQUIPOS DE ABSORCIÓN Columnas de platos

OTROS EQUIPOS DE ABSORCIÓN Columnas de platos Condiciones que favorecen a las columnas de relleno: 1. 2. 3. 4.

Columnas de pequeño diámetro Medios corrosivos Bajas retenciones de líquido (si el material es térmicamente inestable) Líquidos que forman espuma (debido a que en columnas de relleno la agitación es menor)

Condiciones que favorecen a las columnas de platos:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Cargas variables de líquido y/o vapor Presiones superiores a la atmosférica Bajas velocidades de líquido Gran número de etapas y/o diámetro Elevados tiempos de residencia del líquido Posible ensuciamiento (las columnas de platos son más fáciles de limpiar) Esfuerzos térmicos o mecánicos (que pueden provocar la rotura del relleno)