INTRODUCCION La separación separación de mezclas mezclas en componentes componentes escencialme escencialmente nte puros es de capital importancia en la fabricación de productos químicos .La mayor parte del equipo de una planta química típica tiene como fin la purificación de materias primas, prod produc ucto toss inte interm rmed edio ioss y prod produc ucto toss fina finale les, s, medi median ante te las las oper operac acio ione ness de transferencia de materia. Las operaciones de separación son procesos de transferencia de materia entre fases como ocurre en destilación, absorción y absorción y extracción. La abso absorc rció ión n es seme semeja jant ntee a ala ala desti destila laci ción ón,, pero pero la tran transf sfer eren enci ciaa se da solamente de la fase gaseosa a la fase f ase liquida. El proceso de absorción se emplea para retirar contaminantes de una corriente prod produc ucto toss que que pued pueden en afec afecta tarr a la espe especi cific ficac ació ión n fina finall o grad grado o de pure pureza za.. Además la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeas puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto no interese en ning!n sentido. s entido. 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 comb combu usti stión. ón. "ambi mbi#n se empl mplea para ara elim elimin inar ar olor lores, es, $umo $umoss y otro otross componentes tóxicos. %e pueden eliminar contaminantes de la corriente producto como como&& dióx dióxid ido o de azuf azufre re,, sulf sulfur uro o de $idr $idro ogeno geno,, acid acido o clor clor$í $ídr dric ico, o, oxid oxido o fluor$ídrico, minas, mercaptanos, oxido de etileno, alco$oles, fenol, etc. Actua Actualm lmen ente te esto estoss proc proces esos os de abso absorc rció ión n trad tradic icio iona nale less se $an $an modi modifi fica cado do introduciendo reacciones químicas en la fase liquida, debido a que esto ayuda a la 'elocidad de absorción. Las reacciones químicas consecuti'as juegan un papel importante en la industria de procesos procesos.. Alguna Algunass aplica aplicacio ciones nes indust industria riales les que se pueden pueden citar citar
son la
remoción de compuestos ácidos de corrientes de gases industriales mediante soluciones de aminas ()umar et al. *++* y la cloración de compuestos orgánicos (-oraisamy y %$arma,/012.
Los Los prim primer eros os estu estudi dios os dond dondee se cons consid ider erar aron on reac reacci cion ones es cons consec ecut uti' i'as as se limitaron a sistemas $omog#neos. %in embargo, en la industria estas reacciones ocurren como procesos $eterog#neos. 3or lo tanto, ocurre un fenómeno adicional que da lugar a la transferencia de masa con reacciones químicas simultáneas. Es por ello que el propósito de este trabajo es modelar y simular un proceso de absorci absorción ón reacti reacti'a 'a en un sistema sistema $etero $eterog#n g#neo eo (gas4l (gas4liqu iquido ido donde donde ocurre ocurre transferencia de masa o reacciones químicas, y del cual se pretende analizar el efecto de las resistencias a la transferencia de masa en la fase gas. 2. GENERALIDADES 2.1 DESCRIPCION DEL PROCESO DE ABSORCIÓN La absorción de gases es una operación unitaria que consiste en poner en cont contact acto o una una mezc mezcla la gase gaseos osaa con con un liqu liquid ido, o, deno denomi mina nado do abso absorb rben ente te o disol'ente, para disol'er selecti'amente uno o mas componentes, denominado soluto o absorbato, por transferencia de materia del gas al liquido. %i el disol'ente es una solución acuosa al absorbedor se le denomina tambi#n la'ador.
5igura /& Absorbedor
5uente& "esis Absorbedor.
3. CLASES 3.1 7o
de 6odelamiento 6atemático para diseo de
DE ABSORCION Absorción Fsica! existe
reacción
química
entre
el
absorbente y el soluto, sucede cuando se
utiliza agua o $idrocarburos como disol'ente.
3.2 Absorción "#$ica!
%e da una reacción reacción química química en la fase liquida, liquida, lo que ayuda ayuda a que aumente la 'elocidad de la absorción. Es muy !til para transformar transformar los componentes noci'os o peligrosos presentes en el gas de entrada en productos inocuos. En d#cadas recientes, este proceso a llegado a ser espe especi cial alme ment ntee impo import rtan ante te para para la puri purific ficac ació ión n de gase gasess con con alto altoss requerimientos de pureza. En contraste a la absorción física (proceso puramente físico y sin reacciones, la absorción reacti'a es capaz de dar alta alta capa capaci cida dad d de solu soluci ción ón,, a pres presio ione ness parc parcia iale less mode modera rada dass y en cantidades pequeas de solución. %. TIPOS DE ABSORBEDORES %.1 Torr&s '& S(ra) o '& rocio! %e usan en operaciones a gran escala normalmente para eliminar alg!n cont contam amin inan ante te de los los gase gasess de comb combus usti tión ón de cent centra rale less t#rm t#rmic icas as ('er ('er 5igura*. 8esultan aconsejables cuando se precisa una p#rdida de carga baja y si existen partículas en la corriente de gas entrante. 7o suele $aber relleno en su interior. 5igura *& torre de spray o de rocio
5uente& "esis de 6odelamiento 6atemático para diseo de Absorbedor
%.2 Absorb&'or&s '& (&*c#*a!
%on !tiles en caso del que calor liberado por la absorción sea ele'ado , por lo que se emplea un intercambiador de calor cuya superficie debe ir pegada al liquido. 5igura 2& Absorbedor de película
5uente& "esis de 6odelamiento 6atemático para diseo de Absorbedor
%.3 En Tan+#&s a,i-a'os! La agitación fa'orece la reacción química en fase liquida ya que se requieren largos tiempos de resistencias para que se produzcan la reacción, la absorción seria in'iable en una columna.
5igura 9& En tanque agitados
5uente& "esis de 6odelamiento 6atemático para diseo de Absorbedor
%.% Co*#$nas '& b#rb#&o!
:onsiste en una columna parcialmente llena de liquido a tra'#s de la cual burbujea el 'apor ('er figura2 . 7o se suele utilizar sal'o que el soluto tenga una solubilidad muy baja en el disol'ente o que se requiera un gran tiempo de residencia para lle'ar a cabo la reacción.
5igura ;& :olumnas de burbujeo
5uente& "esis de 6odelamiento 6atemático para diseo de Absorbedor
%./ Con-ac-or&s c&n-ri0#,os! %e trata de una serie de anillos conc#ntricos estacionarios que engranan en un segundo conjunto de anillos unidos a un plato giratorio. El líquido 'a pasando de un anillo a otro en sentido descendente mientras que el 'apor se puede introducir bien por la parte superior o por la inferior seg!n se desee tener flujo directo o en contracorriente. / SELECCIÓN O DISEO DE UN ABSORBEDOR /.1 &*oci'a' '& absorción! La 'elocidad de absorción se expresa en cuatro formas diferentes utilizando coeficientes indi'iduales o globales basados en la fase gaseosa o liquido. 3ara la mayor parte de los cálculos se utilizan coeficientes 'olum#tricos debido a que es más difícil determinar los coeficientes por unidad de área, y a que el
propósito del calculo de diseo consiste por lo general en determinar el 'olumen total del absorbedor. En el tratamiento que sigue se omiten, para simplicar, los factores de corrosión para la difusión en una sola dirección , y se desprecian las 'ariaciones de las 'elocidades del flujo del gas y el liquido. Las ecuaciones son estrictamente 'alidas para gases diluidos, pero es posible emplearlas con poco error para mezclas con un contenido de $asta /+< de soluto. El caso de la absorción a partir de gases ricos (con altas concentraciones se trata mas adelante como un caso especial. La 'elocidad de absorción por unidad de 'olumen de la columna empacada se determina por cualquiera de las siguientes ecuaciones, donde y y x se refiere a la fracción molar del componente que se absorbe&
r= kya(y- yi )
===========.(a
r = kxa ( xi − x ) … … … … … … ( b )
y − y∗¿
¿
r = kya ¿ 5igura >& ?dentificación de las composiciones en la superficie de contacto
5uente &@con y "ojo
Los coeficientes indi'iduales ya y xa están basados en una unidad de 'olumen, como lo están por lo general los coeficientes globales ya y xa . La a en todos los coeficientes es el área de la superficie de contacto por unidad de 'olumen de la columna empacada en otro aparato .Es difícil medir o predecir a , pero en la mayoría de los casos resulta innecesario conocer el 'alor real , puesto que los cálculos del diseo se basan en los coeficientes 'olum#tricos . La composición de la superficie de contactos (yi,xi se obtiene a partir del diagrama de la línea de operación mediante las ecuaciones (ay b&
y − yi kxa = … … … ( d ) xi− x kya
3or tanto, una recta trazada desde la línea de operación con una pendiente B xaCya interceptaran a la línea de equilibrio en el punto (yi , xi , tal como se indica en la figura d. 3or lo general no se necesitan conocer las composiciones en la superficie de contacto ,pero estos 'alores se utilizan para los cálculos cuando inter'ienen gases ricos o cuando la línea de equilibrio presenta una cur'atura pronunciada . Las fuerzas impulsoras globales se determinan fácilmente como líneas 'erticales u $orizontales en el diagrama yx. Los coeficientes globales se obtienen a partir de ya y xa utilizando la pendiente local de la cur'a de equilibrio m.
1
kya
1
kxa
=
=
m … … .. ( e ) kya kxa 1
1
+
+
1
kxa mkya
… .. ( f )
En la ecuación (e los t#rminos lC(ya y m(xa son las resistencias a la transferencia de masa en la película gaseosa y la película liquida , respecti'amente .:uando los coeficientes ya y xa son del mismo orden de magnitud , y m es muc$o mayor que /.+ , se dice que la resistencia de la película liquida esta controlada . Esto quiere decir qque cualquier cambio en xa tiene un cercano efecto proporcional tanto en ya y xa como en la 'elocidad de absorción , mientras que un cambio en ya solo tiene un pequeo efecto . 3or ejemplo , el coeficiente de la Ley de Denry para :@* en agua a *+: es de /2F+ atm Cfracción molar , lo cual corresponde a m G/2F+ para la absorción a una atmosfera y mG/2F para la absorción para /+ atmosferas . Hajo estas condiciones , es e'idente que la absorción de :@* en agua esta controlada por la película liquida . ?ncrementar la 'elocidad del gas , aumentara )ya pero tendrá un efecto despreciables en ya .Al aumentar la 'elocidad del liquido aumentara el área de la superficie de contacto a y probablemente tambi#n se incrementara x , lo cual lle'a a un incremente en )xa y ya . :uando la solubilidad del gas es muy alta tal como ocurre con D:L en agua, m es muy pequea y la resistencia de la película gaseosa controla la 'elocidad de absorción. :on gases de solubilidad intermedia ambas resistencias son importantes, aunque el termino resistencia controlada se utiliza a 'eces para resistencias muy grandes. La absorción de amoniaco en agua , con frecuencia se cita como un ejemplo del control de la película gaseosa , puesto que la película gaseosa tiene de 1+ a 0+ < de la resistencia total. /.2 PRESION DEL GAS ENTRANTE Las columnas de absorción con frecuencia son operadas
bajo presión para
incrementar la capacidad y ele'ar las 'elocidades de transferencia de masa. La presión parcial de equilibrio del soluto depende solo de la composición del líquido y de la temperatura, asi que la fracción mol de equilibrio en el gas 'aria in'ersamente con la presión total. Pa = ya … … .. ( g ) P
%i las 'elocidades de gas y liquido se mantienen constantes de modo que la línea de operación no cambie $acia una presión mayor se incrementa la fracción mol de la fuerza impulsora , tal como se muestra en la figura /1/2 , y se reduce el numero de unidades de transferencia. A mayor presión la 'elocidad minima del liquido es más pequea, asi que la línea de operación podría cambiar para dar un producto más rico , como se indica en la línea de trazos discontinuos como se indica en la figura /1/2 , y alrededor del mismo numero de unidades de transferencia que antes .
5igura 1& Efecto de la presión en la absorción
5uente& @con y "ojo
/.3 ARIACION DE TEPERATURA EN EL ABSORBEDOR :uando una torre de absorción se alimenta con un gas rico , la temperatura de la torre 'aria en forma preciable desde el fondo $asta la parte superior de la misma .El calor de absorción del soluto aumenta la temperatura de la solución , mientras que la e'aporación del disol'ente tiende a disminuir la temperatura . Es com!n que el efecto global es un aumento de temperatura del liquido , 3ero a 'eces la temperatura pasa por un máximo cerca del fondo de la columna . La forma del perfil de temperatura depende de las 'elocidades de absorción de los solutos , de la e'aporación o condensación del sol'ente y de la transferencia de calor entre las fases . 3ara obtener los perfiles exactos de temperatura del liquido y del gas es preciso realizar 'arios cálculos. 5igura 0& perfiles de temperatura y líneas de absorción adiabática
5uente& @con y"ojo
/.% ELECCION DEL DISOLENTE %i el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica, el disol'ente es especificado por la naturaleza del producto. %i el propósito principal es eliminar alg!n componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de elección. 3or supuesto, el agua es el disol'ente más barato y más completo, pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades& %olubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser ele'ada, a fin de
aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de disol'ente. En general, los disol'entes de naturaleza química similar a la del soluto que se 'a a absorber proporcionan una buena solubilidad. 3ara los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disol'entes. %in embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disol'entes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disol'entes. :on frecuencia, la reacción química del disol'ente con el soluto produce una solubilidad ele'ada del gasI empero, si se quiere recuperar el disol'ente para 'ol'erlo a utilizar, la reacción debe ser re'ersible. Jolatilidad. El disol'ente debe tener una presión baja de 'apor, puesto
que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el disol'ente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. %i es necesario, puede utilizarse un líquido menos 'olátil para recuperar la parte e'aporada del primer disol'ente.
:orrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo
no deben ser raros o costosos. :osto. El disol'ente debe ser barato, de forma que las p#rdidas no sean
costosas, y debe obtenerse fácilmente. Jiscosidad. %e prefiere la 'iscosidad 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. @tros. %i es posible, el disol'ente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe
ser estable químicamente y tener un punto bajo de congelamiento.
/./ TIPO DE ABSORBEDOR /./.1 Co*#$na '& absorción '& ,as '& (ar&' 45$&'a CES Las columnas de pared $!meda pueden utilizarse para determinar coeficientes de transferencia de masa gasClíquido, esencial a la $ora de calcular el diseo de las torres de absorción. -ic$os coeficientes forman la base de las correlaciones usadas para desarrollar torres de relleno. El :E% examina la absorción en agua desoxigenada (preparada por aspersión de nitrógeno de oxígeno del aire. Kste es un ejemplo de absorción controlada por película líquida. 3uede determinarse el coeficiente de transferencia de masa de película líquida para di'ersos caudales másicos de agua.
Posibi*i'a'&s '& '&$os-ración
/.
:álculo de coeficientes de transferencia de masa de película líquida
*. F.
Jariación de coeficiente con el caudal másico Jariación del caudal de oxígeno para determinar la relación de ley de potencia
L
E6(&ri$&n-os -(icos El sistema elegido para el experimento es la absorción de oxígeno en agua libre de oxígeno. En este sistema, la solubilidad y la entalpía de solución son pequeas, y al saturar el aire de entrada con agua, se eliminan los efectos de $umidificación. -e esta forma, es posible mantener condiciones razonablemente isot#rmicas en toda la columna. El procedimiento experimental permite calcular una relación de ley de potencia y la comparación de #sta con las relaciones publicadas, tales como& para di'ersos caudales de oxígeno (en forma de aire es posible determinar una ley de potencia y compararla con los 'alores publicados.
3ara trazar el gráfico, los estudiantes deben calcular coeficientes de diferencia de concentración media logarítmica, de flujo másico y de transferencia de masa. "ambi#n puede realizarse un análisis de errores completo.
L
D&scri(ción '&* E+#i(o Los componentes del sistema están montados en un bastidor de suelo de acero pintado. La columna de pared mojada es una columna de 'idrio con secciones de entrada y salida de agua, y está montada sobre cardanes con el fin de asegurar su 'erticalidad. La columna de desoxigenación tiene un tamao global similar al de la columna de pared mojada, y está situada en posición 'ertical junto a aqu#lla. Al lado de las columnas $ay una consola de control con caudalímetros, controles de bomba y analizador de oxígeno. Entre las columnas $ay dos alojamientos especiales, que contienen las sondas de análisis de oxígeno que monitorizan el contenido de oxígeno en el agua que entra y sale de la columna deabsorción. El aparato utiliza como medio de trabajo agua, contenida en un tanque de almacenamiento en la parte de atrás de la unidad. Las bombas que suministran agua al desoxigenador y la columna de absorción están situadas en la base de la unidad. -urante la operación, el agua es asperjada con nitrógeno en el desoxigenador antes de entrar por la parte superior de la columna de pared mojada. Mna bomba de aire integral tipo diafragma bombea aire en la base de la columna. El aire asciende por la columna, entregando el oxígeno al agua. El oxígeno disuelto en la entrada y la salida puede medirse en rápida sucesión. El agua se drena al tanque de almacenamiento para su reciclaje al desoxigenador.
5igura /+& Experimentos tipicos
5uente& :olumnas de absorción B"rabajo de M7A:
L
Es(&ci0icacion&s -i(o P*i&,o La unidad se utiliza para experimentos de coeficientes de transferencia de masa de película líquida y 'ariaciones del coeficiente con el caudal másico. En segundo lugar, el estudio de la absorción de oxígeno del aire en agua desoxigenada. El aparato consta de una columna de pared mojada de 'idrio y otra, independiente, de desoxigenación, de material acrílico. El equipo incluye un tanque de almacenamiento de agua, bombas de alimentación (*, analizador de oxígeno y bomba de aire.
/./.2.7Co*#$na '& absorción '& r&**&no La columna de absorción de relleno está construida está rellenada de anillos 8asc$ig de /+mm x/+mm, tambi#n de 'idrio, que son representati'os del tipo de relleno usado para la absorción de gas. El líquido usado en el proceso se almacena en un tanque de alimentación rectangular de y se utiliza una bomba centrífuga para suministrar el líquido a la cabeza de la columna, desde donde desciende por el relleno y 'uel'e al tanque. Mn medidor de flujo de área 'ariable instalado en la línea de recirculación da una lectura directa del caudal.
El gas a absorber es extraído de un cilindro presurizado (no suministrado, colocado junto a la columna. Este gas pasa a tra'#s de un medidor de flujo de área 'ariable calibrado, y se mezcla con un flujo de aire, tambi#n de caudal conocido, que pro'iene de un compresor giratorio situado en el bastidor. La relación de gas a aire de la mezcla que entra en la columna es por tanto conocida y es fácilmente 'ariable. La mezcla de gas entra por el fondo de la columna, asciende a tra'#s del lec$o denso y se contrae en contracorriente con el líquido que desciende por la columna. Mnos puntos de muestreo de presión en la base, el centro y la cabeza de la columna permiten registrar la caída de presión en la columna usando manómetros. Estos puntos de muestreo tambi#n ofrecen un medio para extraer muestras de gas de la columna. 5igura //& :olumna de relleno
5uente& :olumnas de Absorción B "rabajo M7A:
L
Dis-rib#ción '&* r&**&no /. Al azar& tamao N F pulgadas (*,92 cm (N /O se usan en laboratorio *. @rdenados& entre * y 1 pulgadas 5igura /*&:uerpos de rellenos tipicos
5uente& :olumnas de 8elleno para la industria química
L
Carac-&rs-icas '& *os r&**&nos '& co*#$nas '& absorción /. Puímicamente inerte frente a los fluidos de la torre. *. 8esistente mecánicamente sin tener un peso excesi'o. F. "ener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesi'a retención de líquido o caída de
presión.
2. 3roporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas. 9. :oste razonable
L
a-&ria*&s Haratos, inertes y ligeros& Arcilla, porcelana, plásticos, acero, aluminio Mnidades de relleno $uecas, que garantizan la porosidad del lec$o y el paso de los fluidos
L
Ob&-i8o '&* 'is&9o /. :onseguir el máximo de transferencia de componentes con el mínimo consumo de energía y de tamao de columna, es decir, con el mínimo coste. *. El diámetro de la columna F. Los caudales de las dos fases 2. El tipo de relleno.
L
Da-os '& 'is&9o +#& son conoci'os nor$a*$&n-&! :ondiciones de operación de la
columna& 3 y " :omposición de las
corrientes de entrada :omposición del gas a la salida (fin perseguido :irculación en contracorriente 5igura /*& :orrientes de :omposición
5uente& :olumnas de Absorción B "rabajo M7A:
5igura /*
5igura /F
5igura /2
/.: ALTURA DEL ABSORBEDOR Es factible disear un absorbedor utilizando cualquiera de las cuatro ecuaciones básicas de 'elocidad, pero a menudo se emplean los coeficientes de la película gaseosa y aquí se enfatizara el uso de ya . %i se elige el coeficiente de la película gaseosa no se requiere $acer ninguna suposición acerca de la resistencia controlada. Aun si la película gaseosa es la que se controla, un diseo basado en ya es mas simple y exacto que uno basado xa. :onsidera la columna empacada que se muestra en la figura /9 . La sección trans'ersal es % , y el 'olumen diferencial en la altura dQ es %dQ . %i el cambio en la 'elocidad del flujo molar J es despreciable como la cantidad absorbida en la sección dQ es BJdy , que es igual a la 'elocidad de absorción multiplicada por el 'olumen diferencial . y − y∗¿
¿ ==($ −Vdy = kya ¿
Esta ecuación se reordena para su integración, agrupando los factores constantes J , % y )ya con dQ in'irtiendo los limites de integración para eliminar el signo negati'o.
dy … .. ( i ) y − y ∗¿ KyaS V
∫
B
KyaSZt = dZ = V A
∫¿
El lado derec$o de la ecuación i puede integrarse directamente en algunos casos, o determinarse en forma num#rica.
/.; FUNCIONAIENTO DEL ABSORBEDOR En una torre de absorción la corriente de gas entrante a la columna circula en contracorriente con el líquido. El gas asciende como consecuencia de la diferencia de presión entre la entrada y la salida de la columna .El contacto entre las fases produce la transferencia del soluto de la fase gaseosa a la fase liquida ,debido a que el soluto presenta una mayor afinidad por el disol'ente .%e busca que este contacto entre ambas corrientes sea el máximo posible, asi como que el tiempo de residencia sea suficiente para que el soluto pueda pasar en su mayor parte de una fase a otra. 3ara fa'orecer el proceso de absorción es preciso en principio que la presión de operación de la columna sea alta y que la temperatura no sea muy ele'ada .%in embargo en la practica debido a que la compresión y la refrigeración son bastante costosos, lo que se $ace es operar a la presión de operación (normalmente mayor que la presión atmosf#rica y a temperatura ambiente. Lo contrario ocurre para la desorción o stripping donde la temperatura debe ser alta y la presión debe ser baja .3ero como el mantenimiento de una columna a 'acio es caro , se suele optar por operar los strippers a una presión ligeramente superior a la atmosf#rica y la temperatura no debe exceder aquellos 'alores que den lugar a reacciones químicas indeseables . En todo proceso de separación que implica el contacto entre * fases existe una cierta resistencia a la transferencia de materia por parte de cada fase. %in embargo y de acuerdo con la teoría de la doble película de R$itman, se supone que la interfase entre * fases fluidas no ofrece ninguna resistencia adicional a la transferencia de materia y que las fases se encuentran en equilibrio en la interfase .Esta teoría es aplicable tanto para flujo laminar o turbulento, aunque la suposición de equilibrio en la interfase no puede $acerse cuando las 'elocidades de transferencia de materia son muy ele'adas o si se acumulan espumas en la interfase. :. APLICACIONES S&(aración '& *os *+#i'os con-&ni'os &n &* ,as na-#ra* !
Los líquidos procedentes del gas natural (7SLs son $idrocarburos líquidos que se recuperan de los gases del gas natural en plantas de proceso. Estos $idrocarburos incluyen& etano, propano, butanos, pentanos y otros componentes mas pesados . Estos líquidos procedentes del gas natural se suelen emplear como alimentación de plantas petroquímicas y se comercializan como productos líquidos separadamente del gas . 3ara separar los líquidos del gas se siguen distintas t#cnicas entre las que se incluyen el siguiente proceso.
En este proceso el gas natural se pone en contacto con el disol'ente con el aceite de petróleo en una columna de absorción a temperatura atmosf#rica. -el fondo de la columna sale el aceite enriquecido que 'a a una columna despropanizadora de aceite enriquecido (8@- que separa el propano y los componentes mas ligeros se de'uel'en de la corriente gaseosa .El resto del aceite enriquecido es conducido a una columna de fraccionamiento donde se recupera por cabeza los líquidos del gas natural y por fondo se obtiene el aceite que se recicla al absorbedor. ELIINACION DE SO2 Mna de las aplicaciones más importantes del proceso de absorción se encuentra en las centrales t#rmicas para eliminar los contaminantes de la corriente gaseosa de salida, principalmente el %@* y :@*. 3ara conseguir la absorción del dióxido de azufre de los gases de escape de una combustión se pueden usar numerosos agentes de absorción como entre ellos cal, piedra caliza, oxido de magnesio, soda, agua de mar o álcalis dobles.
3osteriormente se puede proceder a la recuperación del dióxido de azufre o del acido sulf!rico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desec$o.
El dióxido de azufre se emplea en la fabricación de acido sulf!rico. El proceso consiste en una oxidación del dióxido para transformarlo a trióxido, Este se absorbe despu#s en agua para dar lugar al acido . %e debe procurar que la operación de absorción sea lo mas eficiente posible para e'itar las emisiones de oxido sulf!rico. 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 $idrogeno y sulfuro de carbonilo y el dióxido de carbono presente . La absorción de los compuestos de azufre puede ser física o química. En el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o dimetyl #ter mientras que para la absorción química se utilizan soluciones acuosas de aminas (6EA , (-EA . 3ara la descarbonatación se procede de igual manera pudiendo usarse además una solución acuosa de carbonato potásico para la absorción.
;. E
la operación de plantas de absorción de gas.
L
Posibi*i'a'&s '& '&$os-ración Estudio de los principios básicos de absorción de un gas en un líquido usando una columna de relleno. -emostración de m#todos de análisis cuantitati'o de gas y líquido. 3roducción de balances de masa para una columna de absorción de relleno. -eterminación del coeficiente de transferencia de masa. Estudio de las características $idrodinámicas de una columna de relleno. -eterminación de puntos de carga y inundación.
L
D&scri(ción '&* E+#i(o La
columna
de
absorción
de
relleno
está
construida
de
dos
secciones de 'idrio de borosilicato de >9mm de diámetro unidas por los extremos e instaladas 'erticalmente en un bastidor de suelo de acero dulce. La columna está rellenada de anillos 8asc$ig de /+mm x /+mm, tambi#n de 'idrio, que son representati'os del tipo de relleno usado para la absorción de gas. El líquido usado en el proceso se almacena en un tanque de alimentación rectangular de 9+,+ litros y se utiliza una bomba centrífuga para suministrar el líquido a la cabeza de la columna, desde donde desciende por el relleno y 'uel'e al tanque. Mn medidor de flujo de área 'ariable instalado en la línea de recirculación da una lectura directa del caudal. El gas a absorber es normalmente dióxido de carbono, y sería extraído de un cilindro presurizado (no suministrado, colocado junto a la columna. Este gas pasa a tra'#s de un medidor de flujo de área 'ariable calibrado, y se mezcla con un flujo de aire, tambi#n de caudal conocido, que pro'iene de un compresor giratorio situado en el bastidor. La relación de gas a aire de la mezcla que entra en la columna es por tanto conocida y es fácilmente 'ariable. La mezcla de gas entra por el fondo de la columna, asciende a tra'#s del lec$o denso y se contrae en contracorriente con el líquido que desciende por la columna.
Mnos puntos de muestreo de presión en la base, el centro y la cabeza de la columna permiten registrar la caída de presión en la columna usando manómetros. Estos puntos de muestreo tambi#n ofrecen un medio para extraer muestras de gas de la columna. El contenido en dióxido de carbono de las muestras de gas se determina usando un aparato de Dempl. Los caudalímetros, los manómetros y el equipo de análisis de gas 'an montados en un panel trasero 'ertical a una altura cómoda para la operación. L
Carac-&rs-icas T=cnicas /. *. F. 2. 9. ;. >.
:apacidad del tanque de alimentación& 9+,+ litros -iámetro de la columna& +,+>9m Jolumen del relleno& >,+ litros Altura de la columna de absorción& /,2m "ipo de relleno& Anillos 8asc$ig /+x/+mm :apacidad del compresor de aire& +,/9mFCmin a +,Fbar :apacidad de la bomba de alimentación de la columna& ?nter'alo del
medidor del flujo de aire& *+ 4/1+ lCmin. 1. ?nter'alo del medidor del flujo de gas& /,+ 4**,+ lCmin. ?nter'alo del medidor del flujo de agua& /,+4/+,+ lCmin 5igura /;& :olumna de absorción de gas M@3>
5uente& "orres de 8elleno 4 6onografía
L
Es(&ci0icacion&s -i(o P*i&,o :olumna de relleno de absorción de gas en unidad de suelo, con una columna de 'idrio de >9mm de diámetro y /,2m de longitud. La columna contiene > litros de anillos 8asc$ig de 'idrio de /+ x /+mm y 'a montada en un bastidor de acero. La cabeza, el centro y la base de la columna están pro'istos de tomas para sensores de presión y para muestreo de gas. %e incluyen dos manómetros para medir la presión. %e incluye un aparato de análisis de gas del tipo Dempl. %e incluyen tres caudalímetros de área 'ariable para medir el caudal de gas, aire y líquido. Mn compresor giratorio es utilizado para bombear aire a la columna. Mna bomba centrífuga circula el agua (disol'ente desde un tanque de alimentación de 9+ litros de capacidad. %e suministra un completo manual de instrucciones que detalla los procedimientos
necesarios
de
instalación,
puesta
en
marc$a
y
mantenimiento. El manual de instrucciones tambi#n incluye protocolos detallados para experimentos, para el estudio de& •
Los principios de la absorción de gas en un líquido usando una columna de relleno. 6#todos de análisis cuantitati'o de
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gas y líquido. Halance de masas en una columna de absorción de relleno. -eterminación del coeficiente de transferencia de masa. :aracterísticas $idrodinámicas de una columna de relleno. -eterminación de puntos de carga y de inundación.
;.2.7 Co*#$na '& Absorción Gas 7 Có'. >>%:?? L
G&n&ra*i'a'&s
Mno de los procesos fundamentales en la química industrial es la absorción que consiste en disol'er gases en un líquido. Esta operación permite tanto separar uno o más componentes de una mezcla gaseosa como producir un líquido con la adición de un gas en la cantidad deseada. La unidad ?:/F/- permite estudiar estos fenómenos mediante una columna de absorción de Llenado que act!a en contracorriente. L
Co$(osición /. :olumna de 'idrio borosilicato diámetro interno 1+ mm, longitud /;++ mm., llenada con anillos 8A%:D?S T 1 mm *. 5lujometro agua (caudal max. F. 2. 9. ;. >.
1++ ltC$ 5lujometro aire (caudal max. 9+++ 7ltC$ 5lujometro gas (caudal max. *+++ 7ltC$ "anque de capacidad& 9+ litros * manómetros en M 2 puntos de extracción de muestras para
análisis 1. 2 termopares conectados al display digital 0. F puntos de medida de presión /+. bomba de alimentación //. compresor 'olumetrico /*. soporte en material anticorrosión
L
D&scri(ción La unidad ?:/F/- está constituida fundamentalmente por una columna de
llenado con anillos 8asc$ig cargados a UgranelO. El agua entra por la extremidad superior de la columna empujada por una electrobomba centrífuga que aspira desde un tanque de almacenaje. La línea del gas está conectada a la parte inferior de la columna y puede ser alimentada por un compresor de aire, por una bombona de gas o bien por una mezcla gasCaire. %obre las líneas líquido y gas están insertados tres flujómetros para poder medir el caudal del fluido, mientras que en la columna están predispuestas tomas de presión, termopares y tomas de muestras que permiten tener bajo control la e'olución del proceso. %obre la estructura metálica que soporta el conjunto de aparatos está fijado el módulo de mando que pre'# tambi#n un indicador digital de temperatura conectado a los termopares de la columna. L
E6(&ri$&n-os r&a*i@ab*&s a Halance de masa para sistemas de absorción b 3#rdidas de carga en la columna c Eficiencia de la columna d :oeficiente de transferencia de masa gas4líquido
L&)&n'a 'is&9o /. "roncos de columna de llenado *. 3equeo tronco intermedio F. :abecera superior de la columna, entrada agua 2. :abecera inferior de la columna, entrada gas y descarga 9. Jál'ula para la'adoCdescarga de la columna ;. Jál'ula para la regulación del eflujo del líquido de la columna >. Jál'ula de seguridad 1. "anque de alimentación y recogida del líquido 0. Jál'ula de flotador /+. :onexión de la alimentación de agua //. Jál'ula para la descarga del tanque /*. 5iltro /F. Homba centrífuga de circulación /2. Jál'ula para la regulación del caudal del líquido /9. 6edidor de flotador del caudal del líquido /;. 6anómetro a M a mercurio />. "ermoresistencia
/1. 3untos de extracción de muestras /0. 6anómetro a M a mercurio *+. 6edidor de flotador del caudal de aire */. 6edidor de flotador del caudal de gas **. Jál'ula de regulación del caudal de aire *F. Jál'ula de regulación del caudal de la componente de gas *2. ?ntercambiador de calor aguaCaire *9. :ompresor 'olum#trico *;. 5iltro de aire *>. 8egulador de presión (V *1. Hombona de gas (VV *0. 6ódulo de mando F+. ?nterruptor bomba F/. ?nterruptor compresor F*. Lector digital temperaturas (V 7o se suministra por el $ec$o de ser parte integrante de la bombona y del tipo de gas contenido en la misma. (VV 7o se suministra por las normas 'igentes sobre el transporte del gas en'asado.
BIBLIOGRAFIA! /. Absorcion de gases B :ap /1 BAutores @con y "ojo *. 3rocesos de %eparación gas4 liquido por etapas y columnas BAutor Ranat F. "esis U6odelo mátematico de un proceso de absorción reacti'a para el estudio de resistencias de masa externa sobre la 'elocidad de absorciónO 2. :olumnas de relleno B3rincipios de @peraciones Mnitarias Autor Allan 5oust.
