1 Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Extra ctivas Departamento de Ingeniería Química Petrolera Petrolera Laboratorio de Operaciones Unitarias Absorcin ! Agotamiento Práctica de Absorción
Alumnos. "ranco #u$o% Osmar& Osmar& 'arcía 'uido Eduardo (avier& 'arcía )apata Lu% Andrea& 'me% *avarro Abra+am& ,aramillo Oc+oa Antonio Iv-n& #artine% Orti% ,ulian& .re/o .re/o )arate Eric0 Samuel&
'rupo 2P#31
"ec+a de entrega 45 de ma!o del 4617
4 Objetivos Los alumnos podrán explicar los conceptos básicos de la operación unitaria de absorción de gases y conocerán las relaciones existentes entre las variables operativas y de diseño para así poder llevar a cabo prácticas experimentales en forma significativa con seguridad y eficacia.
Fundamento teórico ABSORCION DE GASES. MARCO EEORICO. La absorción de gases está basada en un vapor soluble que se absorbe desde su mezcla con un gas inerte por medio de un líquido en el que el gas soluble es más o menos soluble. Un ejemplo típico de dica práctica es el lavado de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida. !l soluto se recupera despu"s del líquido por destilación# y el líquido absorbente se puede desecar o ser reutilizado. $ veces un soluto se recupera de un líquido poniendo "ste en contacto con un gas inerte. %al operación# que es inversa de la absorción# recibe el nombre de deserción de gases o stripping. Una definición más completa de la absorción y desorción de gases# enfocada en el área de una refinería es que es una operación en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido# a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes del gas y de obtener una solución de "stos en el líquido. Un ejemplo en la industria petrolera podría ser# el gas obtenido como subproducto en los ornos de coque# se lava con agua para eliminar el amoniaco& despu"s se lava con un aceite. 'ara eliminar los vapores de benceno y de tolueno. 'ara que el molesto sulfuro de idrógeno sea eliminado de un gas de este tipo o de idrocarburos gaseosos naturales# el gas o los idrocarburos se lavan con diferentes soluciones alcalinas que absorben a dico sulfuro. Los valiosos vapores de un disolvente# acarreados por una corriente gaseosa pueden recuperarse y luego ser reutilizados& basta lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores. !stas operaciones requieren la transferencia de masa de una sustancia en la corriente gaseosa al líquido. (uando la transferencia de masa sucede en la dirección opuesta# es decir# del líquido al gas# la operación se conoce como desorción. 'or ejemplo# el benceno y el tolueno se eliminan del aceite que se mencionó antes poniendo en contacto la solución líquida con vapor# de tal forma que los vapores entran en la corriente gaseosa y son arrastrados& en consecuencia# el aceite de absorción puede utilizarse nuevamente. Los principios de la absorción y la deserción son básicamente los mismos# así que las dos operaciones pueden estudiarse al mismo tiempo. )eneralmente# estas operaciones sólo se utilizan para la recuperación o eliminación del soluto. Una buena separación de solutos entre sí# exige t"cnicas de destilación fraccionada. !l gas conteniendo el componente a absorber se introduce por la parte inferior y atraviesa el relleno# consistente en un leco de partículas de un determinado tamaño# forma# y material. $l mismo tiempo# se introduce la corriente de disolvente por la parte superior y cae por gravedad#
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lamiendo la superficie externa de las partículas del relleno. !sto crea# por un lado# una amplia superficie de interface y# por otro# un contacto intenso y turbulento entre ambas fases. La disposición de flujos que acaba de describirse se denomina *contracorriente*# ya que el sentido de circulación de ambas fases es opuesto. La columna de relleno consta además de otros elementos auxiliares# como los sistemas de distribución de gas y líquido# una parrilla para soportar el relleno y un separador de nieblas para captar las gotas que pudiera arrastrar el gas a la salida del leco. La transferencia del componente de la corriente de gas a la corriente de disolvente se produce porque en cualquier sección de la torre# a cualquier altura# no ay equilibrio entre ambas fases. La concentración del componente en la fase líquida es inferior a la que le correspondería si estuviera en equilibrio con la fase gas& es decir# existe una fuerza impulsora para la transferencia del componente a la fase líquida. La figura ++., muestra cualitativamente cómo son los perfiles de concentración a ambos lados de la interface en cualquier sección de la torre de absorción.
-ibliografía /peraciones0de0transferencia0de0masa0robert0e0treybal# pag 121# 3 edicion /peraciones unitarias en 4ng. 5uimica 6(($-!# pag 7+7# 8 edicion
GARCIA GUIDO EDUARDO XAVIER. La absorción de gases es una operación unitaria de transferencia de materia en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido a fin de disolver# de manera selectiva# uno o más componentes del gas y obtener una solución de "stos en el líquido. !l gas que queda libre del 9de los: componente9s: se denomina gas limpio o gas agotado. ;e diferencian tres partes importantes en el proceso de absorción el gas portador# el cual va a ser limpiado o purificado# el líquido lavador# que sirve a disolver las impurezas# y el componente gaseoso a separar. La absorción puede ser física o química# seg
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por ejemplo# se emplea como líquido absorbente agua para eliminar vapores de amoníaco y se utilizan aceites para remover vapores de benceno y tolueno.
>ef $puntes de 'rocesos 5uímicos para 4ngeniería de ;istemas (laudia ;. )ómez 5uintero
!u" Andrea Garc#a $a%ata. $bsorción. La absorción se utiliza para eliminar uno o varios componentes de una corriente gaseosa utilizando un disolvente. La absorción puede perseguir diversos objetivos +. >ecuperar un componente gaseoso deseado. 3. !liminar un componente gaseoso no deseado. ;e puede tratar# por ejemplo# de la eliminación de una sustancia nociva de una corriente de gases residuales. /btención de un líquido& un ejemplo sería la producción de ácido clorídrico por absorción de =(l gaseoso en agua. !n la absorción participan por lo menos tres sustancias el componente gaseoso a separar 9absorbato:# el gas portador y el disolvente 9absorbente:. ;eg
Góme" Navarro Abra&am.
ABSORCI'N La absorción es una operación química que trata la separación de los componentes que conforman una mezcla gaseosa# ayudándose de un solvente en estado líquido# con el que conseguirá formar una solución.
E( %roceso inc(u)e Una difusión molecular o un paso de masa del soluto a trav"s del gas. 'ara calcular la concentración de un soluto de dos fases que se encuentren en equilibrio se necesitan una serie de datos experimentales del equilibrio. (uando ambas fases no se encuentran en equilibrio# la velocidad de traspaso de la masa es proporcional a la fuerza que las impulsa# la cual es la desviación que respecta con el equilibrio.
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Las variables que son de importancia y que afectan al equilibrio en un soluto son la temperatura# la concentración y tambi"n la presión. !l equilibrio que tiene lugar entre dos fases se rige por la regla de fases# dada por la igualdad F* C + , - # de donde la ' ace referencia al n
!a so(ubi(idad de( /as la solubilidad del gas tiene que ser alta# con la intención de así poder aumentar la velocidad de la absorción# bajando la cantidad necesaria del disolvente. 'or lo general los disolventes que tienen una naturaleza parecida a la del soluto en cuestión que va a ser absorbido# presentarán una muy buena solubilidad.
!a vo(ati(idad0 Los disolventes deben poseer una baja presión de vapor# pues así el gas que sale es una operación de absorción donde suele estar saturado con el disolvente y por lo tanto se puede ver perdida gran cantidad. %ambi"n se puede usar un líquido poco volátil para poder conseguir de nuevo la parte que se a evaporado del primer disolvente. ;e debe tener en cuenta la corrosión# y no utilizar materiales costosos para la construcción del equipo a utilizar. E( costo0 el disolvente que utilicemos debe ser poco costoso# porque por lo general perdemos gran parte del disolvente en el proceso# y así no realizaremos p"rdidas costosas de disolvente. 1iscosidad0 generalmente se utiliza más la baja viscosidad debido a que dan más rapidez a la absorción. Misce(2neos !l disolvente de ser posible no debe ser tóxico# así como tampoco debe ser inflamable# ni inestable químicamente ablando. !s importante tambi"n que el punto de congelación sea bajo. $ menudo los procesos de absorción en las industrias van ligados a una reacción química. !s muy abundante la reacción entre el líquido del componente que se absorbe y del reactivo del líquido que act
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parte# influye en el coeficiente de transferencia en la masa que forma la fase# cosa que tambi"n ayuda a aumentar la rapidez de absorción. !stos ecos experimentalmente no se an comprobado muco pero teóricamente se an analizado bastante.
FRANCO M34O$ OSMAR ABSORCI'N DE GASES La absorción de gases es una operación básica de la ingeniería química# que estudia la separación de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa por disolución en un líquido. 'or tanto# en esta operación se efect
TREJO ZARATE ERICK SAUE! Dia/rama de ,roceso
3
C2(cu(os eóricos
9
X ∗¿1 − X 2 Y 1−Y 2 Ls
( ) Gs
=
( ) Ls Gs
=
−0.61 x 10− =1.3011 − 15.2 x 10 − 0 3
0.0204
3
MIN
( ) Ls Gs
¿
MIN
( ) Ls Gs
=1.9∗
OP
=2.4723
MIN
( ) Ls Gs
X 1 OP=
Y 1 −Y 2
( ) Ls Gs
=
− X
0.0204
−0.61 x 10−
2.4723
2
OP
3sando (a /r25ica de Ec6ert (on la siguiente ecuación vamos a leer x
√
ρ L ' = G G ' ρ L Mc
¿ ¿ ¿ 0.2 ( ρW ) ' G −(Cf )¿ ¿ ∆P lb =0.075 3 z ft PV =nRT
n P = PM V RT PM 1= y1 PM + PM AIR (1− y 1)
=
OP
3
=8 x 10−
3
Y 1−Y 2 X 1 OP− X 2
:
PM =17∗0.02 + 28.81 ( 1 −0.02 ) 1
PM 1= 28.56
mol K
$ las siguientes condiciones de operación
.;47<= >4:9 ?@ P; 1 atm =d de #xico >797 mmBg@
n 0.7697 = ρ= ( 28.56 ) =0.9082 ¿ V 0.08205
¿ ∗1 m
1000
<
1m
3
3
3
35.31 ft
ρ = 0.91 ¿
=0.05676 ∗1 lb ∗¿
4.54
2.4723
√
0.056 62.42
=0.074
Leemos el valor con la gráfica y despejamos )D
Mc
¿ ¿
¿ 0.2 G −(Cf )¿ ¿ '
G1=436.951
lb 2
!" ft
# L =1 c$ ( %&scos&'(' ')l (*( ) Cf =f(cto" ) )m$(+*) =52
C$=1 x 2.42=2.42
lb 2
!" ft
lb 3
ft
,&= 0.15 m
3.2808
ft
1m
16
=0.4921 ft
2
A = 0.1902 ft G1=436.9
lb
2
2
!" ft
G1=83.11
lb !"
G1=83.11
lb !"
(
( 0.1902 ft )
lbmol 28.5616 lb
)=
2.91
lbmol !"
G1=Gs + GA G1=Gs + G 1 y 1
Gs=2.85
( ) Ls Gs
lbmol <−−c(nt&( ) (&") ( (l&m)nt(" !"
=2.4723
OP
Ls =7.050
Gs=2.85
lbmol <−−c(nt&'(' ') (*( ( (l&m)nt(" !"
lbmol ( 28.56 )=81.94 lb !" !"
Ls =7.050
lbmol ( 18 )=126.909 lb !" !"
G A 1 <−−c(nt&( ) mol)s )(mon&(co $("((l&m)nt("
G A 1=
(
2.91
lbmol !"
)( )(
#EDIDOC DE AICE
0.02
17
)
lb =0.99 lb lbmol !"
-=104
√
11
!0 ρ
&<
¿ 0.9082
¿ ¿
-=Gs =81.44
lb !"
( ) ¿ 454 1 lb
∆ ! =38.91 cm . 2 O #EDIDOC DE A'UA
<
1
¿ 1000
¿ ¿
Ls =127
lb !"
( )¿ 454 1 lb
166 Cotametro 4&1 LtFmin 25 6&:5 #EDIDOC DE A#O*IA=O - = 41
ρf Tf
Al 166 PG; 356 mmBg .G; 41&1 <= ;4:2&47
Se alimenta de amoniaco el 'A1 1
<
¿ 0.91
¿ ¿
G A 1=0.99
lb !"
( )( 454
1 !"
1 lb
60 m&n
)¿
166 57&:
14
14&7&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 9&48
Condiciones de O%eración 'ara el agua 6ax
E2F
$gua calc
8,F 'ara el aire
6ax
G2 cm=3/
$ire calc
1E.H cm =3/ 'ara el amoniaco
6ax
32F 9se recomienda operar en +GF:
$moniaco calc. +3.GF
M7todo de o%eración + 3 1 8 G , 7 E H +2 ++ +3 +1 +8 +G +, +7 +E +H 32 3+ 33
Ierificar que la columna se encuentre vacía# en caso contrario drenarlo con las válvulas de descarga. >evisar que las válvulas se encuentren cerradas# excepto la del domo de la columna. Llenar con agua el tanque. $brir la válvula de recirculación de descarga de bomba acia tanque. $limentar agua con la válvula desde el fondo y ajustar a 8,F el rotámetro. !sperar G minutos. $brir válvula de venteo de aire a la atmósfera y drenar agua con I32. !ncender motor de aire. $brir la válvula I33 y regular los niveles a 1E.H cm =3/. !sperar G minutos. $brir válvula del tanque de almacenamiento general de amoniaco. >egular presión a + JgKcm3 man con válvula I3H. >egular válvula I12 a +3.GF del rotámetro. !sperar G minutos. !l equipo debe permanecer constante en sus variables por +2 min. %omar 1 muestras de concentración de la fase liquida de# la torre 9x+: con intervalos de G minutos entre cada una. (errar la válvula general de amoniaco. (errar en orden las anteriores válvulas abiertas. $pagar motor del soplador de aire. ?ejar circular agua durante G minutos. $pagar motor de bomba y cerrar válvulas de agua. Ceutralizar con =(L diluido la solución de amoniaco y descargar el tanque.
(omparamos los valores de la experimentación con los teóricos. ;i los valores de las concentraciones en el laboratorio# son similares se realiza un promedio de los 1.
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ab(a de datos e8%erimenta(es
Ti"m#o$min Vol % NaO&$ml% 7 4&9 16 1&8 17 1&5
Frasco 1 2 3
,ara e( caso de (a toma de datos de recircu(ado se usó un vo(umen de 9:m( %ara (a titu(ación. C2(cu(os %osteriores a (a e8%erimentación N;
;C(e8ceso-NaO; === ;O-NaC(
N;:-;O === N;
e=;C(E8ceso* e=;C(reacción- e=;C(e8ceso e=;C(reacción* e=;C(E8ceso= e=;C(e8ceso /
e ( P)+ ) N;:*>1ota(?N@;C(=>1?N@;C( titu(ación =
Concentración. e ( =
32.877 m
e ( =
1
32.877 1
) N; *>:?N@;C(=>1?N@;C( : titu(ación
m
) N; *>1t=1muestra@NNaO;?,e :
*>:=9.@NNaO;?,e *>:=9.@9?9.9 *:.m/ >Cantidad de N;: absorbido@ Como dato de %roductor tenemos ue (a concentración de NaO; ) ;C( res%ectivamente son0 4000
NaO;*
1000
36.46
;C(*
1000
12
;O*9
,or tanto decimos ue en una so(ución con i/ua(dad de concentración deber#amos tener (a misma cantidad de reactivos %ara ((e/ar a( vire %or su res%ectiva acidas ) %asividad. 6&6852B=lH6&6852*aOB si se tiene 2 de *aOB entonces tenemos una diGerencia de concentracin de 8&:585ma!or *aOB ue B=l
(V M
NaOH
.M
NaOH
-V
M
HCl .
)/ V
HCl
NH3
=M
NH3
=((2.8ml*4)-(15ml*0.03646) )/15 ml
NH3
M M
H2O
=((1.3ml*4)-(15ml*0.0364) )/15 ml
NH3
M M
=0.7102 ml NH3/ml
NH3
=0.3102ml NH3/ml
NH3
H2O
=((1.6ml*4)-(15ml*0.0364) )/15 ml
NH3
M
=0.3903ml NH3/ml
NH3
H2O
En sol!"#n la $"%&'&n!"a s&' la !on!&n'a!"#n $&l HN3 $a$o & la +'&,a $&l aa &s 100
Observaciones0 ?urante la experimentación se encontraron concentraciones grandes de C=1 en nuestra solución debido a que probablemente nuestra alimentación no estaba del todo correcta. $demás de que en la corriente de circulado# luego de tener el equipo operando en estable y continuo encontramos una cantidad considerable en una corriente que se supone debería estar pura.
Conc(usiones0 !n las concentraciones que se obtienen al final no son tan distintas a las esperadas desde la teoría# se comprueba que es posible la absorción a condiciones de operación ambientales siempre y cuando la alimentación se ajuste a las propiedades de las corrientes a separar# luego de titularlas y obtener un promedio del gasto del titula te se comprobó que estaba sucediendo la absorción del amoniaco aunque tambi"n puede ser posible detectarse por los olores percibí les durante la experimentación# este proceso es
!u" Andrea Garc#a $a%ata. Conc(usiones. (on respecto a las concentraciones obtenidas tanto del agua de alimentación# y el agua obtenida de la adsorción del amoniaco# nos percatamos que la adsorción del proceso no fue lo realmente eficiente ya que como se observan en los cálculos# las concentraciones de amoniaco con agua no son muy altas# tambi"n el agua de alimentación no estaba completamente limpia de impurezas. /tro de los factores principales de la operación se debe a los cálculos realizados de la alimentación de aire y agua# la alimentación de aire pudo no ser la correcta y darnos una experimentación un poco fallida. !l proceso tambi"n no pudo llevarse algunas mediciones de presión debido a que las
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válvulas y el diferencial de medición tenían fallas. !l proceso experimentado en laboratorio su tiene una función de absorción y funciona# no funciona al +22F debido a errores en experimentaciones anteriores o debido a la mala experimentación nuestra# pero si se puede apreciar a grandes rasgos el funcionamiento correcto de este y el principio básico de la adsorción.
Comentarios Las fallas en la experimentación pueden ser factores que son ocasionados por la mala experimentación o fallas debidos a las antiguas experimentaciones. La alimentación del aire no puede ser buena y puede que no aya una buena adsorción. ;e debe tener en cuenta el buen manejo de esta columna y su funcionamiento básico. !l tanque donde se almacena el agua con amoniaco debería contar con una tapa. $ veces el olor amoniaco puede ser muy fuerte y penetrante asta irritar a los operadores del equipo & G'm"( Na)a**o A+*a,am.
O-SERVACIONES ;i se ubiere requerido una mayor precisión para la medición de las concentraciones obtenidas por nuestro sistema se tendrían que aber realizado lecturas en un espectrofotómetro para determinarlas. !l manómetro que indica la alimentación del aire no se encontraba bien calibrado
CONC!USIONES !l agua utilizada 9gasto medido con rotámetro:# fue el adecuado para llevar acabo la absorción ;eg
TREJO ZARATE ERICK SAUE!
Bib(io/ra5#a •
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6etrología $seguramiento 6etrológico industrial tomo 44. Maime >estrepo ?íaz. !dición %extos $cad"micos. 3223. +322 paginas
4nstrumentacion y (ontrol -ásicos de 'rocesos $cedo ;áncez Mos". !diciones ?íaz de ;antos# ;. $ 322,. G13 paginas
15
