DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR DE DESORCIÓN DEL ORO DEL CARBÓN ACTIVADO
I.
ASPECTOS TEÓRICOS Estudios y experiencia en el proceso de Desorción de Au del carbón activado. Investigación bibliográfica. Se realiza el análisis y evaluación experimental del comportamiento de carbón activado cargado con Au(CN)2 en el proceso de elución atmosférico tanto en el lecho agitado como en columna. Se valora la influencia del etanol y la concentración cianuro en el proceso. Fue el desarrollo de un proceso eficiente para la elución de oro y plata a partir del carbón activado que hizo a la adsorción con carbón una alternativa viable económicamente a la precipitación con polvo de zinc MERRIL - CROWE. El descubrimiento de J.B. Zadra de un método de desorción a inicios de 1950 hizo posible la aplicación a escala comercial del proceso CIP. Antes de este desarrollo el carbón ha sido usado con éxito para adsorber oro, pero el único método para recuperar el oro a partir de éste fue por fundición del carbón. La técnica desarrollada por Zadra en la US. Bureau of Mines fue comercializada por primera vez por la Homestake Gold Mining en South Dakota en 1973. La 57 tecnología CIP fue previamente probada en la Getchell Mine en Nevada (1950) y la Carlton Mill en Cripple Creek. Colorado (1954 - 1960). Los fines y objetivos de la etapa de desorción (elución) son: 1. Recuperar la mayor cantidad de valores metálicos cargados a partir de la solución desorbida en un volumen tan pequeño como sea posible. 2. Producir una solución impregnada con el tenor más alto posible de metales preciosos. 3. - Dejar la menor cantidad de oro y plata posible en el carbón después de la desorción. 4. - Dejar el carbón listo para retornar al sistema de adsorción. 5. - Operar con seguridad y en forma económica en un desarrollo industrial. El tamaño y en algún grado el tipo de sistema de elución requerido para una planta depende de varios factores: a) La cantidad total de oro y plata a ser desorbido, el cual es controlado por la capacidad de planta y el grado de mineral. b) El oro y la plata cargado en el carbón a ser desorbido. c) La velocidad a la cual el carbón avanza a través del circuito d) El tiempo que tomará para desorber el carbón a niveles apropiadamente bajos.
1. Fundamentos del proceso de Desorción La desorción de oro adsorbido como un complejo cianurado de oro dentro de la matriz de carbón activado se produce por el contacto del carbón activado cargado con una solución de cianuro e hidróxido de sodio en caliente. El complejo luego de ser desorbido difunde hacia el bulk de la solución eluente venciendo varias resistencias al transporte de masa. La desorción es el proceso contrario a la adsorción, su velocidad se incrementa por la temperatura y la adición de solventes orgánicos como el etanol, que modifican la actividad de los iones CN- y Au(CN)2- logrando la adsorción preferencial del solvente sobre la superficie del carbón.
MECANISMOS Para analizar el proceso de desorción es necesario suponer que este proceso está regulado por las mismas leyes que rigen la adsorción. La velocidad de adsorción de una sustancia en carbón activado puede ser descrita por la siguiente serie de mecanismos de transporte: a. Difusión de película: desde el bulk de la fase liquida a través del borde de una película hipotética que rodea a la partícula. b. Difusión en el poro: en el fluido contenido al interior del poro c. Difusión de superficie: migración de las moléculas de soluto a través de la pared interna del poro d. Adsorción: en la superficie interna del carbón. Cada paso representa una resistencia al transporte de masa y se considera que la adsorción en la superficie es lo suficientemente rápida como para no construir in paso limitante de la velocidad global.
MODELO DE DIFUSIÓN DOBLE EN EL PORO Varios modelo de simulación del proceso de adsorción han sido desarrollados, sin embargo la información disponible para el proceso de desorción es extremadamente limitada por esta causa se propone un modelo de desorción en columna formulado en función de las resistencias al transporte de masa. Cuando el complejo cianurado neutro adsorbido en el carbón activado se desorbe pasa a la fase liquida como una especie iónica según la reacción.
̅( ( (
Es decir, se obtiene una molécula polar de muy escasa afinidad por el carbón activado, completamente ionizada, que sin embargo, dependiendo de las condiciones de equilibrio podría ser readsorbida en base de la misma reacción. La presencia de iones Na +, en altas concentraciones provenientes del Hidróxido de Sodio añadido al eluente, a la salida del poro del carbón activado, reducen la disociación total que presenta el complejo, disminuyendo su polaridad por la neutralización de la molécula iónica portadora de oro, lo que aumenta su afinidad por el carbón activado. El complejo cianurado áurico neutro puede difundir al interior del poro y ser adsorbido, mientras que el complejo cianurado áurico iónico difunde al exterior del poro, presentándose de esta manera dos flujos de diferentes especies, cada una conteniendo un átomo de oro.
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n ó i c a r t n e c n o C
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Longitud
Difusión de las especies portadoras de oro al interior del poro
Si se asume que la concentración de las moléculas neutras en la entrada del poro está dada por la concentración de oro en el bulk de la solución Cs, que C*s es la concentración de oro en el equilibrio en la solución, Cc la concentración de oro en equilibrio en el carbón, Kc coeficiente de transferencia de masa promedio en toda la columna en la superficie del carbón, coeficiente de transferencia de masa promedio en toda la columna en la solución que está en los poros del carbón activado, fracción promedio del volumen de la columna incluida la porosidad del carbón, ocupada por la solución.
L:
Longitud equivalente del poro
: Difusividad del complejo cianurado áurico en la solución eluente El modelo propuesto calcula la evolución de la concentración del complejo cianurado áurico en la superficie del carbón activado en función del tiempo de elución mediante:
( ( √ El primer miembro de la ecuación representa la transferencia de masa en la superficie del carbón, mientras que el segundo término indica la transferencia de masa en los poros del carbón.
FACTORES QUE AFECTAN LA ELUCIÓN a) Temperatura y Presión: La desorción del oro está influenciada en un alto grado por estos dos factores, que son los más importantes en el proceso de elución. Mientras mayor sea la temperatura de trabajo, mayor será la velocidad de desorción del oro. Valores típicos de operación son: a P atmosférica: 80 - 90ºC a P 70 - 100 kPa : 110 - 150ºC Utilizando sistemas presurizados, se puede obtener mayores temperaturas, lo que reduce considerablemente el tiempo de elución, por ejemplo, al trabajar a 180ºC se reduce en 8 veces el tiempo de desorción que al usar 90ºC como temperatura de trabajo. b) Concentración de cianuro libre: Mientras mayor sea la concentración de cianuro libre, mayor será la velocidad de desorción del oro. Condiciones normales de operación son: 0.1% - 3% NaCN. c) pH: Se favorece la elución al trabajar con altos valores de alcalinidad y pH. Mientras más alto el pH (>12), más rápida la desorción del oro. Para un pH alto, se usa una concentración de soda [NaOH] del 1%. Se prefiere usar soda cáustica en lugar de cal para regular el pH, debido a su alta solubilidad en agua, lo cual no se consigue con la cal, que puede provocar taponamiento en los poros del carbón. d) Adición de alcohol: La adición alcohol (metílico, etílico) aumenta la velocidad de elución, por lo que reduce en 3 - 4 veces el tiempo de desorción de oro. Se sugiere usar concentraciones entre 15 - 25% de alcohol. Se debe tener en cuenta, que al trabajar
con alcohol, se está usando soluciones inflamables, por lo que se debe tener cuidado en su uso. e) Oro en solución: Mientras mayor concentración de oro se tenga en solución, menor será la velocidad de desorción y habrá mayor carga de oro en el carbón. Por esta razón, se debe ir retirando el oro de la solución, una vez que éste ha salido del carbón. Para esto, se coloca en el sistema, un proceso que retire el carbón, como una celda electrolítica, que precipite el oro, dejando la solución de elución con bajo contenido en oro.
REGENERACIÓN DE CARBÓN La regeneración térmica del carbón, como siguiente paso después de la desorción o elución es necesaria para remover la mayor cantidad de materia orgánica e inorgánica impura que se adhiere al carbón durante la adsorción y que no son removidas ni por la elución ni por el lavado ácido. El proceso implica el calentamiento del carbón que aún conserva la humedad luego de la desorción. La temperatura que requieren estos hornos regeneradores se encuentra entre 650 - 750 con la inyección indirecta de aire. Este tratamiento de regeneración o reactivación es beneficioso desde el punto de vista de mantener o incrementar ligeramente la capacidad de adsorción del carbón. Es necesario que el carbón sea cribado ya sea antes o después de la reactivación con el fin de remover los finos producidos. El carbón reactivado luego de ser cribado debe ser acondicionado con agua antes de ser reciclado al circuito de adsorción. La reactivación de carbón es conducida en hornos rotatorios que son calentados externamente por un poder eléctrico. Se han diseñado hornos estacionarios o verticales (1980) los mismos que han llagado tener gran aceptación en el mercado.
2. Tipos de reactores de Desorción y sus condiciones de operación PROCESO ZADRA El proceso desorbe oro del carbón cargado con una solución de:
1 % NaOH y 0,1 % NaCN Flujo 1,0 - 1,3 B.V./hora a 85-95 °C Tiempo 24 - 60 horas
La solución eluente percola a través del lecho de carbón cargado hasta agotarlo. La desorción se lleva a efecto en una columna o estanque de fondo cónico donde se coloca el carbón cargado, previamente lavado con agua y se hace pasar en sentido ascendente una solución 1% NaOH +0,1% de NaCN, aun flujo entre 1,0 y 1,3 B.V./hora, a 93 -98°C y a presión atmosférica.
El eluido conteniendo el oro desorbido se alimenta a celdas electrolíticas circulares en serie, que operan en contracorriente. El electrolito agotado que abandona la última celda es reciclado a la columna calefaccionada hasta que la concentración del eluido no supere los 2-3 mg Au/L. Normalmente el ciclo de elución Zadra a presión atmosférica dura entre 30 y 48 horas, dependiendo de la calidad del carbón y de la eficiencia del circuito de electro-obtención. La desorción de oro mediante este procedimiento mostro ser demasiado lento en la práctica, necesitándose en muchos casos 48 horas o más de operación para descargar el carbón a limites económicos.
Procedimiento Zadra Presurizado Desarrollado por Ross y colaboradores en la U.S.B.M. A comienzos de 1970 .Proceso que emplea alta presión y temperatura a fin de reducir los tiempos de desorción a 8-12 horas.
Temperaturas de trabajo 135-140 °C Presión 350-550 Kpa (50-80 PSI)
El uso de altas presiones y temperaturas asociadas con el proceso requieren equipos más costosos. La versión presurizada del procedimiento surgió como una necesidad para reducir los tiempos requeridos en el sistema a presión atmosférica, a raíz de la alta dependencia encontrada de la desorción con la temperatura. El circuito es el mismo que el anterior, excepto que la operación se lleva a cabo en una columna presurizada a 135-140°C y a una presión de 350 a550 KP a (50-80psi) con lo cual se logra una eficiente elución del oro al cabo de 8-12 horas. Esto se puede observar en la siguiente figura.
PROCEDIMIENTO HEINEN Proceso desarrollado por H.J. Heinen y colaboradores en la U.S.B.M. Heinen propone la adición de 20% v/v de etanol a la misma solución al 1% NaOH y 0,1 % NaCN de Zadra. Presión atmosférica y alta eficiencia en un tiempo de 5-6 horas.
PROCEDIMIENTO ZADRA CON ALCOHOL El método con solución alcalina de alcohol fue investigado por el U.S.BUREAU OF mines a fin de mejorar las tasas de desorción de oro y plata. Emplea como base el mismo circuito de desorción y electrodeposición simultánea y la misma solución 1%NaOH +0,1% NaCN, a la cual se le agrega UN 20% en volumen de metanol o de etanol (preferentemente este último),alcanzándose una alta eficiencia al cabo de solo 6 horas en una operación a 80°C y a presión atmosférica.
El efecto de la adición del etanol
Variación de la concentración de etanol en la desorción de oro
Efecto de la adición de varios alcoholes en la desorción de oro
PROCEDIMIENTO A.A.R.L Desarrollado por R.J. Davidson en Anglo American Research laboratories en Sud-Africa. La desorción opera en circuito abierto con la electro-obtención, remojado en caliente a 90-95 °C con solución 1% NaOH, 3-5% NaCN .Presión atmosférica a presión ligera 200 Kpa. El procedimiento de elusión denominado Anglo-American fue desarrollado por ANGLO AMERICAN RESEARCH LABORADORES; difiere de los anteriores en el sentido que la desorción opera en circuito abierto con la electro-obtención .el procedimiento AARL involucra un pre tratamiento de remojo en caliente (90-95°C) del carbón cargado, con 0,51,0 B.V./hora. El método puede funcionar entre 95-98°C a presión atmosférica, necesitándose no más de 10 B.V para una operación eficiente a nivel industrial, pero con una ligera presión de 200KPa (30 psi) y a 110°C, se reduce considerablemente el tiempo y el volumen de agua requeridos, como es la práctica usual en las plantas sudafricanas. Normalmente, el carbón es lavado con ácido nítrico o clorhídrico antes de la elusión, mejorando esta última y suprimiendo el lavado acido que precede a la reactivación. Como la desorción opera independientemente permite el uso de eluentes de reciclo, enviándose a electro-obtención solo los más concentrados, lo que beneficia esta última etapa del proceso.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS ENTRE LOS PROCEDIMIENTOS DE DESORCION VENTAJAS ZADRA (a presión atmosférica) 1. Relativa simplicidad 2. Bajo costo de capital 3. Bajo consumo de reactivos ZADRA (presurizado) 1. Cinética más rápida 2. Menor inventario de oro en el circuito 3. Bajo consumo de reactivos ZADRA CON ALCOHOL 1. Cinética más rápida 2. Menor temperatura de trabajo y pesión atmosférica 3. Menor inventario de oro en el circuito
DESVENTAJAS 1. 2. 3. 4.
Cinética muy lenta Alto inventario de oro en el circuito Descarte periódico de solución para control de impurezas Alto consumo de energía por duración
1. 2. 3. 4.
Mayor costo de capital Mayor costo de operación por presión Uso de temperatura y presión elevados Descarte periódico de solución para control de impurezas
1. 2. 3. 4.
Riesgo de incendio obliga a mayores precauciones Mayor costo de operación por alcohol Sistema de recuperación del alcohol evaporado Descarte periódico de solución para control de impurezas
ANGLO AMERICAN (AARL) 1. Cinética más rápida / Extrema en caso de presurizació 1. 2. Bajo invent ario de oro en el c irc uit o 2. 3. Alta eficiencia y alta concentración de oro en eluido 3. 4. Circuito abierto sin descarte solución por impurezas 4. 5. Aprovecha el eluyente de reciclo en la lixiviación 6. Puede operar a presión atmosférica SOLVENTE (acetonitrilo) 1. Cinética rápida, similar a la de Anglo American 1. 2. Bajo invent ario de oro en el c irc uit o 2. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA 3. Alta concentración de oro en el eluido 3. 4. Aprovecha el eluyente de reciclo 4. SECCION DE DESORCION 5. Baja temperatura y presión 5.
Mayor costo de capital / Especial en versión presurizada Requiere agua des mineraliz ada de alt a c alidad Uso de temperatura y presión relativamente elevados Circuito es mas complejo
Uso de solvente orgánico con riesgo de incendio Cont aminac ión del c arbón c on s olvente orgánic o Obliga a reactivación térmica y con vapor cada ciclo Mayor costo de operación por un reactivo mas caro Probado solo a escala pequeña, riesgo al escalar
El equipo de desorcion ha sido construido con estructuras metálicas y tanto el caldero como los reactores de carbón está hecho de acero inoxidable para evitar la corrosión de la solución. La planta de desorción tiene una capacidad de 900 k donde la solución eluente circula a través de todo el sistema en circuito cerrado El equipo de desorción consta de:
Tanque de acondicionamiento de reactivos. En este tanque se acondiciona la solución eluente a 0,1 % de Cianuro, 1.0 % de Hidróxido de Sodio y 10 % en volumen de Alcohol Industrial.
Caldero, donde se calienta a 80 grados centígrados, la solución eluente proveniente del tanque de acondicionamiento. Este caldero es de forma cilíndrica y de tipo tubular tiene un volumen de 250 litros, y es calentado por un soplete a gas propano tiene un medidor de temperatura para poder controlar la temperatura.
Válvula fusible para evitar posible presión de los gases y pueda dañarse el caldero ya que ha sido construido para trabajar a presión atmosférica.
REACTOR DE DESORCIÓN Es un tanque de forma cilíndrica donde se deposita el carbón que va a ser desorbido, el carbón es alimentado por la parte superior y descargado por la parte inferior, tiene una capacidad de 900 k y está instalado de tal manera que la solución eluente caliente que sale del caldero alimenta al Reactor por la parte inferior y rebosando por la parte superior desorbiendo el oro y acarreándolo a la etapa de electrodepocición. Esta solución es recirculada en forma continua entre el reactor de desorción y la celda de electrodeposición hasta que el carbón de las columnas sean agotadas de oro El tiempo que dura cada campaña de desorción es variable dependiendo de la docilidad del carbón cargado,(presencia de mercurio, cobre, carbón agotado por su uso y no ser reactivado ) puede ser de 48 o72 horas de elución . Acondicionamiento de temperatura de la solución eluente para Electrodeposición Consiste en un sistema mixto de intercambiador de calor y un enfriador tipo espiral, En cual la solución del reactor es enfriada en un primera etapa por el intercambiador de calor de forma cilíndrica y una segunda etapa la solución es enfriada por segunda vez por el enfriador tipo espiral. Desde 85 hasta 70.
SECCIÓN DE ELECTRODEPOSICION En esta sección, se recupera los metales en una celda rectangular de ánodos y cátodos en paralelo, el volumen de la celda es de 500 litros, los ánodos están construidos de plancha agujereada de 1/8 de diámetro de acero inoxidable tipo 3l6 y los cátodos de tubos de media pulgada de acero inoxidable tipo 3/l6 la cantidad de lana utilizada por cátodo es de 300 gramos, el consumo de corriente eléctrico es moderado, siendo 3 voltios y 300 amperios, teniendo un área de superficie de 30 pies cuadrado por libra de lana, consumiéndonos un promedio de 2 amperios por pie cuadrado .El flujo de solución que se trabaja es de 100 litros por minuto, la eficiencia de electrodeposición de oro está en un promedio de 95 % teniendo leyes de 200 a 300 miligramos por litro en solución pregnant y l0 a 50 miligramos en la solución barren en las primeras horas de la desorción, luego la solución barren es recirculada al tanque de acondicionamiento por medio de una electro bomba, para luego continuar con la recirculación al caldero y de nuevo al Reactor de desorción en un circuito cerrado hasta que se agote el oro del carbón.
Celda Electrolítica rectangular
Cátodo cargado
3. Avances en el proceso de desorción en diseño y construcción de reactores Los equipos más corrientes en las operaciones de absorción son las torres rellenas y las columnas de platos, preferentemente las primeras, por presentar menor caída de presión. Las torres rellenas usadas como absorbedores no son equipos estandarizados, se diseñan con diámetros desde 20 hasta 600 cm y con 1 a 24 m de altura. En general, las torres muy altas son poco eficientes. Atendiendo al método de creación de la superficie de contacto desarrollada en las torres de absorción pueden clasificarse del modo siguiente:
superficiales peliculares de relleno de burbujeo (de platos)
pulverizadores
Las superficiales son poco utilizadas debido a su baja eficiencia y grandes dimensiones. Son específicos para gases muy solubles en el absorbente como es el caso del HCl en agua. Las peliculares son equipos en los cuales la superficie de contacto entre las fases se establece en la superficie de la película de líquido, que se escurre sobre una pared plana o cilíndrica. Los equipos de este tipo permiten realizar la extracción del calor liberado en la absorción. Los equipos más utilizados en la industria química son las torres rellenas y las de burbujeo.
TORRES RELLENAS El equipo consiste esencialmente en una columna que posee un conjunto de cuerpos sólidos, que descansan sobre una rejilla con agujeros, los cuales permiten el paso de los fluidos.
La figura muestra una torre rellena típica, el flujo es a contracorriente, el gas entra por la parte inferior de la torre y se mueve ascendentemente y pasa a través de las capas de empaquetaduras o relleno (1). El líquido entra por la parte superior de la torre y se distribuye uniformemente por toda la sección transversal de la torre con ayuda del distribuidor (3). La rejilla de soporte (2) se construye con un material resistente. Generalmente el equipo no se llena por una capa de empaquetadura continua, sino que se divide el relleno en bloques de aproximadamente 1,5 a 3 m, con el propósito de evitar que el líquido se mueva preferentemente cerca de la pared y deje de mojar la zona central de la
capa de empaquetaduras. Este fenómeno, perjudicial para la transferencia de masa, se denomina efecto pared y está motivado porque al existir una mayor densidad del relleno en la parte central que en la zona próxima a las paredes del aparato, la resistencia hidráulica cerca de las paredes es menor por lo que el líquido se desplazará preferentemente hacia esa región. En la figura puede observase un relleno en dos secciones. Para redistribuir el líquido entre las capas de empaquetadura, se colocan los conos de redistribución. Las torres muy altas o de gran diámetro se dividen en varias secciones. Durante el trabajo de la torre empacada el líquido corre por la superficie de la empaquetadura en forma de película fina, por lo cual la superficie de contacto entre las fases es, en lo fundamental, la superficie mojada del relleno. Al pasar el líquido de uno a otro elemento del empaque la película mencionada se quiebra y se forma una nueva en el elemento inferior. También existe descenso de líquido en forma de gotas y en pequeños chorros. Generalmente, una parte de la superficie del relleno está mojada por una capa de líquido estancado, por lo que el gas burbujea en dicha capa inmóvil. REGÍMENES HIDRODINÁMICOS Las torres rellenas pueden trabajar en diferentes regímenes hidrodinámicos. Generalmente, la velocidad del gas influye en la cantidad de líquido retenido en el relleno y por tanto en la resistencia hidráulica del relleno. Para pequeños valores de la velocidad del gas, el líquido forma una película descendente cuya masa es prácticamente independiente de la velocidad del gas. Este se conoce como régimen pelicular. Si aumenta la velocidad del gas lo suficiente como para que resulten importantes las fuerzas de rozamiento entre el gas y el líquido, la corriente líquida resulta frenada, aumenta el espesor de la película y la cantidad de líquido retenido en el relleno. Éste se denomina régimen de suspensión y se caracteriza por un aumento de la superficie mojada del relleno: al aparecer remolinos, salpicaduras con pequeños borboteos de gas en el líquido, disminuye la intensidad del proceso de transferencia de masa. Si la velocidad del gas es tan elevada que la fuerza de rozamiento entre el gas y el líquido es suficiente como para equilibrar la fuerza de gravedad del líquido descendente, se establece una capa continua del líquido en el interior del relleno, en la cual deberá burbujear el gas. Éste se denomina régimen de emulsión, se caracteriza por una elevada resistencia hidráulica y por una intensificación del contacto gas-líquido. La velocidad para la cual el gas es capaz de establecer una capa de líquido en todo el relleno se denomina velocidad de inundación, su valor se determina gráficamente o mediante ecuaciones empíricas. La velocidad de inundación es una condición límite de los procesos de absorción, su valor depende principalmente del flujo de líquido, de su densidad y viscosidad y de las características del relleno.
La figura muestra el esquema de una torre de platos, en la misma, la transferencia de masa se efectúa de forma escalonada, según asciende el gas de uno a otro plato a contracorriente con el flujo de líquido, que se desplaza con una trayectoria con zigzag en el interior de la torre. El elemento fundamental de los dos primeros platos son las cazoletas, el gas burbujea en el líquido al salir de las cazoletas. Las cazoletas se distribuyen de forma regular en el plato, dejando una zona libre de las mismas en las proximidades de los dos tubos de bajada. Cuando la separación entre los tapacetes es pequeña, es mejor el contacto entre las fases El tapacete de la cazoleta puede ser semejante a una campana con agujeros o con dientes puntiagudos. La cazoletas con campana con agujeros tienen un tubo central cuya altura debe ser mayor que la altura deseada para la capa de líquido en el plato, con lo cual se garantiza que el líquido se desplace solamente a través de los tubos de bajada del plato. Para asegurar que el gas burbujee en el líquido, es preciso que las ranuras de la campana estén cubiertas por el líquido Las torres de platos con cazoletas pueden manipular gastos de líquidos grandes y pequeños y resultan las más eficientes en torres de grandes dimensiones. La campana mostrada en la siguiente figura se compone del tubo central, que está fijado en el agujero del plato, la campana está unida al tubo central mediante un tornillo que atraviesa un listón transversal soldado en el extremo superior del tubo, o también puede estar soldada al tubo
Los platos de válvula son platos perforados cuyas aberturas para el flujo de gas poseen un área variable. Las perforaciones tienen diámetro de 3 a 4 cm, si son circulares y están cubiertas con casquetes movibles, que se elevan a medida que aumenta el régimen del gas. Los platos válvula mantienen un equilibrio, acorde a la presión del gas con relación a la de la columna del líquido, a través del libre desplazamiento de la válvula según la altura de los fijadores o retenedores, de forma tal que el recorrido va desde la altura mayor, que deja pasar mayor cantidad de gases, hasta el cierre completo. En la figura que se muestra a continuación, aparece el esquema de una torre con platos cribados (perforados), cuyo funcionamiento es similar al descrito para la torre de platos con cazoletas. En este caso, el plato es una placa con perforaciones de 2 a 5 mm de diámetro. El gas entra por la parte inferior de la torre, pasa a través de los agujeros y se distribuye en el líquido en forma de burbujas y chorros finos. Cuando la torre opera normalmente, la presión del gas será lo suficientemente elevada como para impedir el paso de líquido a través de los orificios y mantener abiertos los mismos, de modo que se aproveche toda el área de los orificios para el paso del gas hacia la capa líquida, originando burbujas y
espuma. El nivel de líquido en cada plato queda determinado por la altura del extremo superior del tubo de reboso (1), cuyos extremos inferiores están sumergidos en el plato inmediato inferior (2).
En los platos de paso único, la longitud del vertedero es del 60 al 75% del diámetro de la torre. Existe una modalidad de torres con platos perforados en la cual los platos no poseen bajantes, el líquido cae de un plato al inferior a través de los agujeros. las torres con platos perforados son de construcción simple y poseen elevada eficiencia de transferencia de masa y su resistencia hidráulica es pequeña. La principal limitación de estos platos está en su gran sensibilidad para el empleo de líquidos sucios, capaces de crear sedimentaciones que obstruyan los agujeros. Las torres de platos se recomiendan en procesos de absorción muy exotérmicos y para la destilación. En general, para lograr altos rendimientos, en una etapa de contacto gas líquido, se recomienda emplear capas profundas de líquido y velocidades del gas relativamente altas. Estas recomendaciones están limitadas por el aumento de la caída de presión que provoca un mayor espesor de líquido y la posibilidad de arrastre de líquido con una mayor velocidad del gas. La velocidad del movimiento del gas influye en la formación de espumas y de gotas en los platos y en el arrastre de líquido de un plato hacia el inmediato superior, esto se relaciona con los diferentes regímenes hidrodinámicos con que puede trabajar una torre de platos. REGÍMENES HIDRODINÁMICOS Los valores de la velocidad de gas y de la densidad de rociado influyen en el funcionamiento de las torres de platos y posibilitan los diferentes regímenes hidrodinámicos, que son de:
Burbujas Espuma Chorro(inyecciones)
El régimen de burbujas se observa cuando la velocidad del gas es muy pequeña, en ese caso, el gas avanza en forma de burbujas separadas y el área de contacto entre las fases es pequeña. El régimen de espuma se establece con un mayor gasto del gas, aumenta el número de burbujas, muchas de las cuales se unen para formar chorros de gas que se destruyen y originan nuevas burbujas dentro de la capa de líquido o encima de ella. Debido a que el Contacto entre las fases ocurre en las superficies de las burbujas y de los chorros gas, así como en la superficie de las gotas de líquido formado, a este régimen le corresponde el valor máximo de contacto entre las fases. El régimen a chorro se establece cuando la velocidad del gas es demasiado grande, en el mismo los chorros de gas poseen mayor longitud y salen a la superficie de la capa de borboteo sin descomponerse, originan muchas gotas de gran tamaño que poseen menor superficie para el contacto gas-líquido. EQUIPOS DE ABSORCIÓN DE PULVERIZACIÓN En los absorbedores de pulverización (atomización), la superficie de contacto entre las fases se crea por la pulverización del líquido en la masa del gas en forma de gotas pequeñas. En la figura se muestra un absorbedor de pulverización, puede observarse el cuerpo de la torre (1) y los inyectores de líquidos (2) situados en la parte superior. Existen diferentes estructuras para estos absorbedores, las más corrientes son cámaras huecas en las cuales los fluidos se mueven a contracorriente.
Los más recientes emplean un tubo de Venturi, en el cual los fluidos se mueven en la misma dirección, con gran intensidad en la formación de burbujas, que luego se descomponen al descargar la mezcla en una cámara. Estos equipos tienen una construcción simple, pero sus gastos operacionales son elevados
debido al consumo grande de energía en la pulverización del líquido. Son relativamente poco eficaces, se les emplea solamente con gases que se disuelven bien. El contacto gas-líquido es relativamente pequeño y se produce una pequeña caída de presión en la corriente gaseosa.
