FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
AREA DE TECNOLOGIA DE LA PRODUCCION
INFORME DEL 4TO LABORATORIO:
“DESORCIÓN GASEOSA”
CURSO: FÍSICOQUIMICA FÍSICOQUIMICA & OPERACIONES OPERACIONES UNITARIAS (TP-213U) PROFESOR: ING. CARLOS ALBERTO CHAFLOQUE ELIAS INTEGRANTES: URRUTIA MANCO MARCO ANTONIO
20131073F
URBANO PINEDA, CESAR ALBERTO
20102191D
VIOLETA GIL, PATRICK
20134030F
YANEZ DEL CASTILLO, WILDER
20131274A
YOSIOKA BARAHOMA, HARUMI
20114191D
ZULUETA ARROYO, LUIS HUMBERTO
20102521D
2015 – I
INDICE
INTRODUCCION OBJETIVOS
Objetivo General
Objetivos Específicos
CAPITULO I: FUNDAMENTO TEORICO
1.1
TRANSFERENCIA DE MASA
1.2
DESORCION GASEOSA
1.3
ABSORCION GASEOSA
1.4
CAIDA DE PRESION EN UNA COLUMNA EMPACADA
CAPITULO II: DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO EN LA OPERACIÓN UNITARIA UNIT ARIA
2.1
TORRE DE DESORCIÓN
2.2
ROTAMETRO DE FLUJO DEL LIQUIDO
2.3
ROTOMETRO DE FLUJO DE GAS
2.4
VALVULA REDUCTORA DE PRESION
2.5
BOMBA DE DESCARGA
2.6
MEDIDOR DE PRESION
2.7
FILTRO DE AIRE
2.8
TANQUE ALIMENTADOR
2.9
DISEÑO DE TORRES EMPACADAS
CAPITULO III: DESCRIPCION DEL PROCESO DE DESORCION GASEOSA CAPITULO IV: APLICACIONES INDUSTRIALES
4.1
AGUA POTABLE – eliminación de gases atrapados o disueltos
4.2
TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS – eliminación de CO 2
4.3
TRATAMIENTO DE AGUA – eliminación de metano
4.4
ACEITE
4.5
COMBUSTIBLE
CAPITULO V: CONCLUISIONES Y LIMITACIONES
5.1
CONCLUSIONES
5.2
LIMITACIONES
BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCION
En el presente trabajo presentaremos la operación unitaria de desorción estudiado en nuestra visita al laboratorio de operaciones unitarias de la facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Ingeniería, donde pudimos conocer a dicha operación unitaria la absorción que viene a ser una operación unitaria de transferencia de materia consiste en poner un gas en contacto con un líquido para que éste disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos. La absorción que estudiamos puede ser física o química, según que el gas se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él dando un nuevo compuesto químico. Así como también la desorción o “stripping” es la operación unitaria contraria a la
absorción, en la que un gas disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte siendo eliminado del líquido. A continuación procedernos a analizar cada uno de los factores que intervienen en la operación unitaria
mencionada
así como también sus aplicaciones y
sobretodo su funcionamiento y los tipos de máquinas que realizan esta operación, esperando que el presente
trabajo sea de su agrado solo queda agradecer a
nuestros profesores por la atención prestada en la exposición del presente trabajo.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Conocer el equipo de desorción gaseosa y su funcionamiento por medio de una prueba en el equipo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer las relaciones existentes entre las condiciones de operación del equipo por medio de la prueba de desorción de la solución amoniacal y características de la solución final.
Conocer las aplicaciones industriales de este proceso unitario Conocer las aplicaciones que tienen esta técnica en la elaboración de productos comerciales y otros.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
1.1 TRANSFERENCIA DE MASA Cuando se pone en contacto dos fases que tienen diferentes composiciones es posible que ocurra la transferencia de algunos de los componentes de una fase hacia otra y viceversa. Esto constituye la base física de las operaciones unitarias de transferencia de masa. Si se permite que etas dos fases permanezcan en contacto durante un tiempo suficiente, se alcanzará una condición de equilibrio bajo la cual no habría ya transferencia neta de componentes entre las dos fa ses. En la mayor parte de los casos de interés que se presentan en las operaciones unitarias de transferencia de masa, las dos fases tienen una miscibilidad limitada, de tal manera que en el equilibrio existen dos fases que pueden separarse una de otra. Los procesos de separación son los ejemplos más representativos de las operaciones que se fundamentan en la transferencia de masa.
1.2 DESORCION GASEOSA Es la operación contraria a la absorción, es la operación unitaria contraria en la cual un gas disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte siendo eliminado del líquido.
E s quema de un s is tema de desor ción o s tripping de amonio combinado con abs orción en medio ácido
1.3 ABSORCION GASEOSA La absorción es una operación unitaria de transferencia de materia, ampliamente utilizada en la industria química para la purificación de corrientes gaseosas. Consiste en poner un gas en contacto con un líquido para que éste disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos.
La absorción se utiliza para eliminar uno o varios componen tes de una corriente gaseosa utilizando un disolvente. La absorción puede perseguir diversos objetivos:
Recuperar un componente gaseoso deseado.
Eliminar un componente gaseoso no deseado. Se puede tratar, por ejemplo, de la eliminación de una sustancia nociva de una corriente de gases residuales.
Obtención de un líquido; un ejemplo sería la producción de ácido clorhídrico por absorción de HCl gaseoso en agua.
En la absorción participan por lo menos tres sustancias: el componente gaseoso a separar (absorbido), el gas portador y el disolvente (absorbente). 1.4 CAIDA DE PRESION EN UNA COLUMNA EMPACADA En cualquier tipo de torre empacada funcionando en contracor riente con flujo de líquido constante y flujo de gas variable, la caída de presión es proporcional a la raíz cuadrada del flujo másico del gas. En la gráfica el flujo vs la caída de presión, con el flujo de líquido como parámetro.
C olumna de ads orci ón. L echo fijo. F lujo des cendente
Notar que a flujo constante del gas, un incremento en el líquido va acompañado por un incremento en el flujo de gas, es también acompañado por un aumento en la caída de presión hasta que se alcanza la inundación. La forma de las curvas de la ilustración es idéntica para todos los empaques y sistemas. Algunos investigadores tratan tales curvas como dos distintas rectas, interpretando el punto de cambio en pendiente como “punto de carga”.
En la ilustración anterior se observa la existencia de tres zonas:
Zona donde no se presenta interferencia entre gas y líquido, lo cual ocurre a flujos bajos.
Zona de “carga” (interferencia media), a flujos superiores.
Zona de “inundación” (violenta interferencia), a muy altos flujos.
CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL EN LA OPERACIÓN UNITARIA
2.1 Torres de Desorción Esta parte del equipo es una torre empacada (de vidrio) del tipo de anillos Rasching de vidrio pírex de ½’’ con una altura aproximada de 2 metros y con diámetro de la columna alrededor de 12 cm. El gas ingresa por la parte inferior de la torre; existe un soporte que sostiene los anillos y también separa los solventes, a su vez saldrá por este lugar el agua purificada, una paleta conducirá el líquido al exterior de la torre para luego medir su concentración. En la parte superior existen 2 salidas, una permitirá el ingreso del agua con amoniaco y la segunda es la salida del gas con amoniaco. Anillo Rasching. Este equipo permite el contacto íntimo de las dos fases distintas, que después se separan mecánicamente. Las fases resultantes alcanzan el equilibrio y tienen composiciones diferentes a las que tenían las fases iniciales. Los anillos Rasching son muy comunes en la industria de proceso, debido a su bajo costo. Para un mejor resultado en la operación, se
recomienda que las paredes sean relativamente delgadas, ya que un espesor mayor de la pared resultará en una mayor caída de presión, menos espacio libre y un área superficial reducida. El espesor de la pared del anillo Rasching es un factor de importante, debido a que al disminuir éste, se reduce la resistencia mecánica. 2.2 Rotámetro de flujo del liquido Permite conocer la velocidad de caída del líquido (agua con amoniaco). En una columna empacada, el líquido que entra por la parte superior fluye descendiendo a través de la columna, gracias a la acción de la fuerza gravitacional. 2.3 Rotámetro de flujo de gas Mide la presión con la que sale el gas y va hacia la torre. A fin de mantener el flujo ascendente del gas o vapor, la presión en el domo de la columna debe ser menor que la del fondo. Esta caída de presión es un factor importante en el diseño de columnas empacadas. Debido a que el flujo descendente del líquido presión es en realidad una ocupa los mismos canales que el flujo ascendente del gas, la caída de función de ambos flujos. 2.4 Válvula reductora Se encarga de regular (disminuir) la presión del gas. 2.5 Filtro de aire Permite el paso del aire sin humedad. 2.6 Tanque alimentador Es el tanque que alimenta con la solución NH4OH a la torre de desorción. 2.7 DISEÑO DE TORRES EMPACADAS
La pregunta básica que debe contestarse en el diseño de torres empacadas se refiere al área interfacial que debe generarse para asegurar que se logré la transferencia de masa especificada. Esta área es directamente proporcional a la variación de composición que debe llevarse a cabo e inversamente proporcional a la fuerza impulsora de la concentración entre las fases. La constante de proporcionalidad es el coeficiente de transferencia de masa, que depende de muchos factores del sistema, incluyendo tipo de empaque, velocidades de flujo y propiedades de las fases fluidas, así como las características de difusión de las especies químicas particulares que se están transfiriendo. Es posible relacionar el área de transferencia con el volumen de empaque requerido y por tanto, con el tamaño de la torre de absorción. Si bien el empaque debe permitir un contacto excelente entre las fases, también es necesario considerar el método de empaque dentro de la torre, puesto que si el líquido y el gas no tienen un contacto en todos los puntos de la torre, el empaque no es por completo efectivo. El líquido descendente tiende a seleccionar trayectorias preferidas o canales, para bajar a través del empaque. Con una buena d istribución inicial del líquido y una relación del diámetro de la torre al tamaño del empaque mayor de 8 a 1, se logra disminuir aunque no eliminar esta tendencia de canalización del líquido hacia la pared.
En la tabla de arriba se registran algunas características físicas de varios tipos de materiales industriales de empaque. En esta tabla, el porcentaje de espacio vacío corresponde a la proporción de volumen total empacado no ocupado por el empaque sólido. Estos huecos son el espacio vacío que existe entre las piezas del empaque. La superficie específica es el área superficial del empaque por unidad de volumen. El factor de empaque es una cantidad empírica que se utiliza más tarde en este capítulo para una correlación de la caída de presión. .
CAPITULO III DESCRIPCION DEL PROCESO DE DESORCION GASEOSA
1) La sustancia acuosa de
H2 O + N H3
es descargada de un tanque desde
la parte superior del equipo, descendiendo por gravedad, evitando el uso de una bomba (líneas amarillas). 2) Este líquido, en su trayectoria es medido por un rotámetro que determina el flujo en libras por minuto, siendo 60 lb/hora la establecida para la desorción del amoniaco para su posterior ingreso por la parte superior de la torre.
3) Se enciende el compresor y se ingresa aire pasado por una válvula reductora. En el trayecto, el caudal del aire es medido por el rotámetro correspondiente a 4pie3/min para que la cantidad ingresada sea la necesaria en el tiempo establecido durante la transferencia del amoniaco 4) Su flujo es regulado por una válvula
reductora
que
se
encarga de disminuir la presión del
aire
entrante
a
las
condiciones que el equipo debe operar. Asimismo, atraviesa un filtro, el cual detiene el ingreso de partículas contaminantes e indeseadas para la operación.
5) En la operación el manómetro en U externo mide la diferencia de presión determinada por la altura del líquido junto a un papel milimetrado anexo para el cálculo visible y así determinar el ingreso de ambos fluidos de manera efectiva. 6) La solución que ingresa a la columna empacada se reparte uniformemente sobre el relleno mediante el distribuidor y en la operación ideal moja uniformemente las superficies del relleno. El gas es el disolvente que entra la cámara de distribución debajo del relleno y asciende a través de las separaciones del relleno circulando en contra corriente con el líquido. Los empaques hacen que se produzca un mayor contacto entre el gas y el líquido (transferencia de masa), gracias a ello se lleva a cabo una transferencia de masa de la solución amoniacal al aire. 7) Mientras se da la transferencia de amoniaco, el líquido paulatinamente desciende con menos concentración de amoniaco y se procede a sacar muestras con una paleta situada frente al ingreso de l gas, conduciendo al líquido a una tubería anexa con escape. 8) Luego se titula la muestra para conocer la concentración, haciéndolo cada cinco minutos hasta obtener muestras con concentraciones constantes, es entonces cuando culminaría la operación de desorción. 9) En paralelo, el gas junto con el amoniaco extraído es expulsado por la parte superior por dos conductos (conducto original del equipo y una tubería anexa por los inconvenientes presentados en pruebas anteriores) hacia el drenaje. Debido a que el amoniaco es expulsado al exterior (gas toxico e irritante) la concentración inicial de este en el agua debe ser muy pequeña (0.1%) para evitar contaminar el ambiente.
10) Finalmente, el líquido es recaudado en un tanque por medio de una bomba que es regulado por un solenoide en el motor de arranque para permitir o detener el flujo.
CAPITULO IV APLICACIONES INDUSTRIALES
5.1 AGUA POTABLE – eliminación de gases atrapados o disueltos no deseados El Proceso de Desorción es un medio eficiente y confiable para tratar aguas urbanas y puede ser usado en forma independiente o en conjunto con otras tecnologías. Ha probado ser sumamente eficiente en transferir dinámicamente los gases a una solución mientras elimina gases atrapados o disueltos no deseados. Requiere poco espacio de ocupación. Los costos de equipo, instalación y operación son relativamente bajos. Es un sistema fácil de instalar no contaminante el cual proporciona al usuario la capa cidad de contener y tratar emisiones de gas de proceso.Además ofrece flexibilidad de diseño a los profesionales de tratamiento de aguas urbanas para cualquier velocidad de flujo.
5.2 TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS – eliminación de CO 2 La relación de dióxido de carbono a ion de bicarbonato afecta directamente el pH del agua. Entre mayor es la relación más naturalmente acídica es el agua. El agua acídica es un problema debido a su naturaleza corrosiva. La corrosión de los materiales de tubería resulta en altos costos de mantenimiento y la adición de contaminantes al agua. La Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE.UU. estableció estándares de Nivel Máximo del Contaminante (MCL) de plomo y cobre en agua potable. La corrosión es la principal causa de niveles elevados de plomo/cobre en sistemas de distribución de aguas. El Proceso de desorción gaseosa ofrece control de corrosión mediante la desorción de CO2 de la solución y reduciendo la relación CO2/HCO3. Los costos operativos, de instalación y de capital son bajos gracias al diseño operativo y al poco espacio ocupado por este sistema.
5.3 TRATAMIENTO DE AGUA – eliminación de metano El metano es fácil de eliminar del agua gracias al proceso de desorción. Con sistemas eficientes se puede alcanzar más del 80% de eliminación. El metano tiene aplicación en la industria química como materia prima para la elaboración de múltiples productos sintéticos. 5.4 ACEITE Los vapores de un disolvente, acarreados por una corriente gaseosa pueden recuperarse y luego ser reutilizados; para nuestro ejemplo el benceno y tolueno se eliminan del aceite, aplicando desorción , poniendo en contacto la solución liquida con vapor , de tal forma que los vapores entran en corriente gaseosa y son arrastrados; en consecuencia el aceite de absorción puede utilizarse nuevamente. 5.5 COMBUSTIBLE - (remoción de hidrocarburos ligeros de fracciones de petróleo, obtención de combustibles, separación de mezclas azetropicas) Proceso también llamado stripping
es muy usado en la remoción de
hidrocarburos ligeros de fracciones de petróleo y obtención de aceites, actualmente el stripping se usa como un potencial método para tratar los suelos contaminados.
Se utilizan a menudo en las plantas que procesan gas, en
donde se procesa o extrae madera, instalaciones de la petróleo - refinación, y otros sitios con suelos que contienen líquidos orgánicos.
CAPITULO IV CONCLUSIONES Y LIMITACIONES
5.1 CONCLUSIONES
En pocas palabras la desorción es una operación unitaria en la cual se pone en contacto una corriente líquida con una corriente gaseosa, con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente líquida a la corriente gaseosa.
La desorción es una OU muy importante a nivel industrial por su gran variedad de aplicaciones, sobre todo en la purificación ecológica del agua.
Los anillos de Rasching son los que generan la caída de presión que observamos en el proceso. En el contacto con las sustancias las hace perder energía y esta pérdida es a que genera la caída de presión.
La transferencia de masa ocurre en la columna de leche empacada.
Por la diferencia de densidades (amoniaco y agua), será el amoniaco quien será arrasado por el aire, dejando al líquido más pesado.
En la transferencia de masa se toman en cuenta las siguientes condiciones: Polaridad, Densidad y Viscosidad.
5.2 LIMITACIONES
Los factores que pueden limitar la aplicabilidad y eficacia del proceso son:
Hay tamaño de partícula específica y los requisitos de manipulación de materiales que pueden afectar a la aplicabilidad o el costo en sitios específicos.
Deshidratación puede ser necesaria para alcanzar niveles aceptables de suelo contenido de humedad.
Alimentación altamente abrasivos pueden dañar potencialmente la unidad procesadora.
Los metales pesados en la alimentación puede producir un residuo sólido tratada que requiere estabilización.
La arcilla y suelos limosos y suelos de alta contenido húmicos aumentar el tiempo de reacción como resultado de la unión de los contaminantes.
BIBLIOGRAFIA
F. MOLYNEUX. Ejercicios de Laboratorio de Ingeniería Química. Ed. Blume. Madrid. 1969. CABE y SMITH. Operaciones Básicas de Ingeniería Química. Ed. Severté. Barcelona.1981. BARBOSA-CÁNOVAS. Operaciones Unitarias en la Ingeniería de Alimentos. 1999.
FOUST, WENZEL, CLUMP, MAUS, ANDERSEN. Principios de Operaciones Unitarias. Editorial CECSA. México. 1998.
GAMANE, LANNOY. Chemical Engineering. 1996.
ROBERT E. TREYBAL .Operaciones de Transferencia de Masa .1998
OCONTOJO .Operaciones en Ingeniería Química
Manual de laboratorio de operaciones unitarias
www.fi.uba.ar/materias/7605/
