LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II
PRÁCTICA Nº 12: ABSORCIÓN DE GASES
FUNDAMENTO TEÓRICO La absorción de gases es una operación con transferencia de masa entre dos fases: una gaseosa y otra líquida, donde uno o más componentes de una mezcla gaseosa se transfiere a un líquido, debido a la solubilidad de éstos en el líquido. El líquido a menudo es denominado “solvente” mientras que los componentes que se transfieren se denominan “solutos”. La absorción gaseosa puede ser un fenómeno puramente físico, aunque también puede involucrar la disolución del soluto en el líquido, seguido de una reacción química con los constituyentes de la solución líquida. La absorción gaseosa es una operación con transferencia de masa indirecta, en la cual se pone en contacto una mezcla gaseosa con un líquido (solvente), preferentemente con el propósito de disolver uno o más componentes del gas (solutos) y obtener una solución de éstos en el líquido. Comúnmente se emplea para la recuperación de solutos, antes que para la separación de un soluto de otro hasta un nivel significativo que requiere de otras técnicas de separación como la destilación fraccionada. Toda operación de absorción involucra las siguientes etapas básicas: En una primera etapa las fases gaseosa y líquida se ponen en contacto en un equipo adecuado. En una segunda etapa, se promueve que las fases gaseosa y líquida en contacto tiendan a alcanzar las condiciones de equilibrio. En una tercera etapa las fases gaseosa y líquida son separadas. El soluto se transfiere desde la fase gas a la fase líquida a una velocidad que depende de:
Las concentraciones del soluto en el gas y en el líquido Los coeficientes de transferencia de masa en cada fase La solubilidad del soluto en el líquido El área de superficie interfasial disponible en el equipo de contacto.
Algunos ejemplos típicos de importancia en la aplicación de la absorción o desorción son los siguientes:
Ing. CARLOS ANGELES QUEIROLO Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Química
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Separación del SO2 de gases de chimenea por absorción en soluciones alcalinas. Separación del CO2 de gases de combustión por absorción en soluciones acuosas de aminas (etanolaminas). Separación de propano y otros componentes pesados del gas natural por absorción en un aceite de hidrocarburos. Separación de nafta y querosene del gas-oil procedente de una unidad de destilación por desorción con vapor de agua.
El agua es un solvente muy utilizado en la absorción de gases, ya que es el solvente más económico y el más abundante; sin embargo pueden utilizarse otros solventes. Por lo general se utiliza el agua como solvente para los gases que son bastante solubles en agua, aceites para los hidrocarburos ligeros y solventes químicos especiales para gases ácidos como el CO 2 , SO2 y H2S. Cuando es posible una selección, se da preferencia a líquidos con altas solubilidades del soluto, ya que la alta solubilidad reduce la cantidad de solvente requerido. El solvente debe ser relativamente no volátil, económico, no corrosivo, estable, no viscoso, no espumante y de preferencia no inflamable.
En lo referente a los equipos utilizados en la absorción, se han diseñado equipos para favorecer el contacto entre el gas y el líquido de la manera más eficiente posible. De acuerdo a cual es la fase dispersa tenemos los siguientes equipos: Si la fase gas es la que se dispersa: - Tanques con agitación mecánica - Torres de bandejas o platos Si la fase líquida es la que se dispersa: - Lavadores tipo Venturi - Torres de paredes mojadas - Torres pulverizadoras - Torres con empaques Los equipos utilizados con más frecuencia en los sistemas industriales de absorción de gases son las torres de bandejas y las torres con empaques.
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Una torre es un cilindro vertical provisto en su interior de una serie de dispositivos internos (bandejas o empaques) que favorecen el contacto entre las fases gaseosa y líquida, y por lo tanto ayudan a la transferencia de masa entre las fases. Generalmente en estos equipos, las fases gaseosa y líquida fluyen en sentido contrario, es decir en contracorriente. La fase gaseosa fluye en sentido ascendente debido a una caída de presión, mientras que la fase líquida lo hace en sentido descendente por gravedad. El uso de una torre de bandejas o platos implica el contacto por etapas entre las fases gaseosa y líquida, mientras que el uso de una torre con empaques o rellenos implica que en este tipo de equipos el contacto entre las fases es continuo.
EQUIPO DE ABSORCIÓN La columna de absorción de gas ha sido diseñada para demostrar los principios de la absorción de gases y para proporcionar formación práctica en la operación de una planta de absorción de gas. Especificaciones
Unidad de columna empacada para absorción de gases constituida por una columna de vidrio borosilicato, formada por dos troncos de 750 mm de longitud cada uno y con un diámetro interno de 80 mm. La columna contiene anillos Raschig de vidrio borosilicato de 10 mm. (Superficie específica = 500 m2/m3). Tanque de alimentación para el solvente, de acero inoxidable, de 50 litros de capacidad. Boma de alimentación centrífuga, de acero inoxidable, para hace circular el solvente.
Un compresor giratorio para bombear el aire en la columna
Medidor de caudal para el solvente (60 – 600 litros/hora)
Medidor de caudal para el aire (20 – 200 litros/minuto).
Medidor de caudal para el CO2 (2 – 22 litros/minuto). Ing. CARLOS ANGELES QUEIROLO Universidad Nacional del Callao Facultad de Ingeniería Química
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Descripción La columna de absorción de relleno se compone de dos secciones de acrílico transparente de 75mm de diámetro unido un extremo a otro, instaladas verticalmente en un marco de acero. La columna se rellena con anillos Raschig de vidrio 10 mm x 10 mm, que son representativos de los tipos de relleno utilizados en la absorción de gases. El líquido para el proceso se almacena en un tanque de alimentación rectangular de 50 litros y una bomba centrífuga se utiliza para suministrar el líquido a la parte superior de la columna donde cae a través del relleno y vuelve al tanque. Un medidor de flujo de área variable en la línea de recirculación da una lectura directa del caudal. El gas a ser absorbido es normalmente dióxido de carbono y se puede tomar de un cilindro presurizado, que se coloca adyacente a la columna. Este gas pasa a través de un medidor de flujo de área variable calibrada y se mezcla con una corriente de aire también de velocidad de flujo, mediante un compresor giratorio situado en el marco. Por consiguiente, la relación de gas / aire en la mezcla que entra a la columna se conoce y se varía fácilmente. Entrando por la base de la columna, la mezcla gaseosa se eleva a través del lecho empacado y se pone en contacto contracorriente con el líquido que fluye hacia abajo de la columna.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparar 500 ml de una solución 0.01 M de NaOH y del indicador fenolftaleína. Llenar el tanque hasta 3/4 de su nivel con agua, de preferencia desionizada. Encender la bomba G1 y regular el caudal de agua a 200 litros/h Encender el compresor P1 y regular el caudal de aire a 30 litros/minuto. Abrir lentamente la válvula del CO 2 y regular el caudal a 15 litros/minuto. Después de 15 minutos, en condiciones estacionarias, tomar una muestra de 150 ml del líquido salida del fondo de la columna. Medir 100 ml de la muestra y titular con la solución de NaOH.
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Repetir la toma de muestras cada 10 minutos, por tres veces, así como la titulación.
CÁLCULOS Calcular la concentración del líquido de salida CCO2 = (VT x 0.03)/Vmuestra Calcular la concentración del gas de salida mediante los balances de materia Calcular la relación LS/GS utilizada Utilizando los datos de equilibrio del sistema encontrar la relación LSmínimo/GS
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