ABSORCIÓN DE UN GAS EN UN LÍQUIDO Labo Labora rator torio io Inte Integr gral al I - Unida Unidadd IV Dr. Eder Jesús Valentín Lugo Medina Medina Beltrán Bórquez Del Rincón Franco
Gutiérrez Márquez López Palma
ABSORCIÓN
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.
►La
operación inversa, denominada desorción, consiste en la transferencia a la fase gaseosa de los componentes (solutos) volátiles de una mezcla líquida.
En la absorción participan por lo menos tres sustancias: el componente gaseoso a separar (absorbato), el gas portador y el disolvente (absorbente).
►Según
la naturaleza del componente gaseoso a separar, tiene que emplearse un disolvente que disuelva selectivamente dicho componente. En este caso, selectivamente significa que el disolvente absorbe principalmente el o los componentes a separar, y no el gas portador.
►Presiones
elevadas y temperaturas bajas favorecen la absorción. Dependiendo del tipo del disolvente, el gas se absorbe por disolución física (absorción física) o por reacción química (absorción química).
TIPOS DE ABSORCIÓN
Física
Química
La absorción puede ser física o química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico ( según exista o no interacción química entre el soluto y el absorbente).
ABSORCIÓN FÍSICA Este tipo de absorción es aquella que se lleva a cabo cuando el gas posee un mayor nivel de solubilidad en un determinado solvente que en otros gases. ►Una
característica importante de este tipo de absorción es que el gas necesita una temperatura mucho menor para reaccionar con el solvente en comparación con la absorción química. ►Otra
característica importante es el bajo costo que tiene este proceso a la hora de regenerar el gas, lo que es atractivo para las industrias ►Para
llevar a cabo este tipo de absorción, se hace uso de columnas de platos o de relleno. La mayoría de las veces se eligen las columnas de relleno porque son más resistentes a la corrosión, al igual que tienen una pérdida de carga reducida.
ABSORCIÓN QUÍMICA
Proceso mediante el cual se desea eliminar componentes o elementos de un gas por medio de solventes líquidos, pero en este caso, los componentes que se desean absorber terminan por reaccionar con el solvente, con lo que al final del proceso se origina una mezcla que puede llegar a ser reversible o irreversible.
ABSORCIÓN EN COLUMNA DE PLATOS
PLATO PERFORADO COLUMNA DE PLATOS
PLATO DE VÁLVULAS PLATO DE CAPUCHONES
PLATO PERFORADO El vapor burbujea hacia arriba por los hoyos sencillos del plato.
Los hoyos tienen tamaños que fluctúan entre los 3 y los 12 mm de diámetro, y es el de 5 mm un tamaño común.
El área de vapor de los hoyos varía
El líquido se conserva sobre la superficie del plato, y no puede fluir de nuevo hacia abajo por los hoyos porque se lo impide la energía cinética del gas o vapor.
La profundidad del líquido sobre el plato se mantiene por medio de un vertedero de salida con sobreflujo. El líquido de sobreflujo fluye por la canilla inferior hacia el siguiente plato, inferior.
PLATO DE VÁLVULAS Opera a un intervalo mayor de tasas de flujo que el plato perforado.
En la actualidad, el plato de válvulas se utiliza cada vez más.
Costo sólo un 20% mayor que el del plato perforado.
PLATO DE CAPUCHONES Se han usado por más de 100 años El vapor o gas se eleva a través de las aberturas del plato hacia el interior de los capuchones
Su costo es casi el doble que el de platos perforados
Después el gas fluye por las ranuras y la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia arriba por el
ABSORCIÓN EN TORRES EMPACADAS
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 dos fases produce la transferencia del soluto de la fase gaseosa a la fase líquida, debido a que el soluto presenta una mayor afinidad por el disolvente. Se busca que este contacto entre ambas corrientes sea el máximo posible, así como que el tiempo de residencia sea suficiente para que el soluto pueda pasar en su mayor parte de una fase a otra.
Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. La torre consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribución en el fondo, una entrada de líquido y un dispositivo de distribución en la parte superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de líquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido. a) b) c) d) e) f) g)
Anillo Raschig Anillo metálico Pall Anillo plástico Pall Montura Berl Montura de cerámica Intalox Montura plástica Super Intalox Montura metálica Intalox
CONTACTO ENTRE LÍQUIDO Y GAS
El requisito de un buen contacto entre el líquido y el gas es la condición más difícil de cumplir, sobre todo en torres grandes.
De manera ideal, el liquido, una vez distribuido en la parte superior del empaque, fluye en forma de una película delgada sobre la superficie del mismo durante todo el recorrido de descenso a través de la torre.
Las películas tienden a aumentar de espesor en algunos lugares y disminuir en otros, de forma que el liquido se agrupa en pequeñas corrientes y fluye a lo largo de trayectorias localizadas a través del empaque. En especial cuando se registran bajas velocidades del líquido, una parte de la superficie del empaque puede estar seca, o con más frecuencia, recubierta por una película estacionaria del líquido. Este efecto se le conoce como canalización.
En torres grandes, la distribución inicial es especialmente importante, se incluyen redistribuidores para el líquido cada 5 o 10 cm de la torre, sobre todo inmediatamente por encima de cada sección empacada.
VELOCIDAD DE ABSORCIÓN
La velocidad de absorción se puede expresar de cuatro formas diferentes utilizando coeficientes individuales o globales basados en las fases gaseosa o líquida. Donde y y x se refiere a la fracción molar del componente que se absorbe
Composición de interface:
Los coeficientes globales se obtienen a partir de kya y kxa utilizando la pendiente local de la curva de equilibrio m
CÁLCULO DE LA ALTURA DE LA TORRE Un absorbedor puede diseñarse utilizando cualquiera de las cuatro ecuaciones básicas de velocidad, pero son más frecuentes los coeficientes de películas del gas.
La sección transversal es S y el volumen diferencial correspondiente a la altura dZ es SdZ. Si se desprecia la variación del flujo molar V, la cantidad absorbida en la altura dZ es - Vdy, que es igual a la velocidad de absorción multiplicada por el volumen diferencial:
La altura global de una unidad de transferencia puede definirse como la altura de una sección de relleno que se requiere para conseguir una variación de concentración igual a la fuerza impulsora media existente en la sección.
Lo mismo que hay cuatro tipos básicos de coeficientes de transferencia de materia, hay también cuatro tipos de unidades de transferencia, basados en fuerzas impulsoras individuales o globales para las fases gaseosa y líquida. Estos cuatro tipos son:
APLICACIONES
Recuperación de productos de corrientes gaseosas con fines de producción.
Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes.
Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes.
Eliminación de SO2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido de sodio
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
◎Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería, Química. McGraw – Hill.
◎Geankoplis Christie, J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, CECSA.
