Defina absorción y sus aplicaciones
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 g aseosa y pasan a la líquida.
Este proceso implica una difusión molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoniaco A del aire B por medio de agua líquida C. En general, la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro. Otro ejemplo es la absorción de SO2 de gases de combustión en soluciones alcalinas. En la hidrogenación de aceites comestibles en la industria alimenticia, se hace burbujear hidrógeno gaseoso en el aceite para absorberlo e n el mismo; entonces, el hidrógeno en solución reacciona con el aceite en presencia de un catalizador. Al proceso inverso de la absorción se le llama empobrecimiento o deserción, ya él se aplican las mismas teorías y principios básicos. Un ejemplo
es Ia desorción con vapor de aceites no volátiles, en la cual e l vapor se pone en contacto con el aceite y pequeñas cantidades de componentes volátiles del mismo pasan a la corriente corrient e ‘de vapor. Cuando el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama humidificación. humidificación. La des humidificación significa extracción de vapor de agua del aire.
Tipos de columnas y tipos de empaques. Columnas de platos para contacto vapor-líquido El equipo para separaciones en múltiple etapa consiste frecuentemente en platos hor izontales de contacto entre las fases dispuestos en una columna vertical. El líquido fluye a través del plato en flujo cruzado y el vapor asciende a través del plato. El líquido que fluye se transfiere de un plato a otro a través de los tubos de descenso (“downcomers”). Los procedimientos de diseño para el dimensionado de columnas comienzan generalmente con una estimación del diámetro de la torre y del espaciado entre los platos. Para este diámetro se calculan después la capacidad, la caída de presión y el intervalo de operación de acuerdo con las especificaciones del proceso, y se determinan después las dimensiones de los accesorios de los platos en función del tipo de plato seleccionado. Columnas de platos. En este caso se prefieren los platos pe rforados. La separación entre los platos
es mucho menor que en destilación: 10-15 cm para la mayor parte de las aplicaciones con líquidos de baja tensión interfacial. plato de válvulas. Una modificación del plato perforado es el plato de válvula que consiste en
aberturas en el plato y una cubierta de válvulas con movimiento vertical para cada abertura, que proporciona un área abierta variable; ésta debe su variabilidad al flujo de vapor que inhibe la fuga del líquido por la abertura a bajas tasas de vapor
platos de capuchones. Los platos de capuchones, se han usado por mas de 100 años, pero desde
1950 generalmente se les remplaza por platos perforados o de válvula, ya que su costo es casi el doble que el de los platos perforados. En el plato de capuchones, el vapor o gas se eleva a tr avés de las aberturas del plato hacia el interior de los capuchones.
Tipos de empaque Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para to rres y hoy en día existen variasclases comunes. En la figura 10.6-3 se muestran los tipos de empaque mas usuales, que simplemente se introducen en la torre sin ningún orden. Estos empaques y ot ros rellenos comunes se pueden obtener comercialmente en tarnafíos de 3 mm hasta unos 75 mm. La mayoría de los empaques para torres están construidos con materiales inertes y económicos tales como arcilla, porcelana o grafito. La características de un buen empaque es la de tener una gran proporción de espacios vacíos entre el orden del 60 y el 90%. El relleno permite que vo lúmenes relativamente grandes del líquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a través de las aberturas, con caídas de presión del gas relativamente bajas. En los procesos de separación vapor-líquido de la destilación se utilizan estos mismos tipos de empaques. También se usan rellenos de formas geométricas que se pueden apilar y con tamaños de aproximadamente 75 mm. El relleno se apila verticalmente, y se forman canales abiertos que corren de manera ininterrumpida a través del lecho del empaque. La ventaja de una menor caída de presión del gas queda cancelada en parte, por el m enor contacto gas-líquido que se obtiene en los rellenos apilados. Entre los empaques apilados típicos están las rejillas de madera, las de punto de goteo, los anillos espirales de partición, y otros.
Diseño de torres de absorción
Capacidad. Los datos de equilibrio de un sistema establecen el número de etapas de contacto
necesarias para producir una determinada separación Caída de presión. Este parámetro es particularmente importante cuando es preciso operar en
condiciones de alto vacío (posibilidad de descomposiciones térmicas o de reacciones químicas no deseadas).
Costes. Además de los costes de los platos o re lleno de la columna, hay que contabilizar los costes
de la carcasa, bombas auxiliares, cambiadores de calor, caldera, condensador. Facilidad de operación. En todo proceso hay un número importante de potenciales problemas de
operación Inundación. Esta condición ocurre cuando las velocidades del vapor y /o el líquido son tan
grandes que la caída de presión del g as es superior a la carga neta de gravedad del líquido, que de esta forma es arrastrado hacia arriba e n la columna. Canalización. La función del relleno es promover la turbulencia de los fluidos y la transferencia de
materia mediante la dispersión del líquido que fluye sobre la superficie del r elleno y por el interior del mismo. Formación de espuma. Si se forma un nivel de espuma elevado, el líquido es arrastrado por el gas
hasta la etapa siguiente y las eficacias de separación disminuyen.
Diseño de torres de absorción de platos:
1. Deducción de la línea de operación.
En el caso de un soluto A que se difunde a través de un gas en reposo (B) y después en un fluido quieto, en la absorción por agua de acetona (A) en aire (B), las moles de aire inerte o en reposo y de agua inerte permanecen constantes en toda la e xtensión de la torre. Si las ve locidades son Y’ kg mol aire inerte/s y L’ kg mol disolvente o agua inerte/s, o en kg mol inerte/s *m* (Ib mol inerte/h . pie*), el balance general de material con respecto al componente A en la figura 10.6-4 es:
(10.6-l) Un balance con respecto al área de la línea punteada sería:
(10.6-2) donde x es la fracción mol A en el líquido, y es la fracción mol de A en e l gas, L, es el número total de moles de líquido/s, y V, + t las moles totales de gas/s. Los flujo& totales de líquido y de gas
varían a lo largo de la torre. La ecuación (10.6-2) es el balance de materia o línea de operación para la torre de absorción muy semejante a la ecuación (10.3-l 3) para un proceso de etapas a contracorriente, excepto que intervienen las corrientes inertes L’ y V’ en vez del gasto total L y V. La ecuación (10.6-2) relaciona la concentración y, + t en la corriente de gas con x,, en la corriente de líquido que pasa a través de e lla. Los términos V’, L’, x0 y yl son constantes y por lo general se conocen o se pueden determinar. 2. Determinación gráfica del número de platos. Una gráfica de la línea de operación, de la e cuación (10.6-2) como y en función de x proporciona una curva. Si x y y so n muy diluidos, los denominadores 1 - x y 1 - y serán cercanos a 1.0 y la línea será aproximadamente recta, con una pendiente g L’lV’. El número de platos teóricos se determina estimando de manera ascendente e l número de ellos, tal como se hizo en la figura 10.3-3 para el proceso a contracorriente de etapas múltiples.
BIBLIOGRAFIA. PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS 3. CHRISTIE J. GEANKOPLINS. EDIT.CONTINENTAL. Cálculo_por_etapas Marcilla Gomis Fundamentos de transferencia momento calor y mas Welty James R.
Instituto Tecnológico de Mérida Ingeniería Bioquímica Operaciones unitarias 3 M.C. Alicia Cardos Vidal
Alumno: Joel Israel Moo Millán
8-febrero-2012