TORRES DE ADSORCION Generalidades del proceso de Adsorción: Operación de transferencia de masa que comprende el contacto de líquidos o gases con sólidos donde se produce una separación de componentes de una mezcla líquida o gaseosa por adherencia a la superficie del sólido. Es decir, se aprovecha la capacidad especial de ciertos sólidos para hacer que sustancias específicas de una solución se c oncentren en su superficie sólida. Como fenómeno físico-químico se explica desde el punto de vista en el cual las moléculas que estn en una fase fluida interact!an con una superficie " se quedan adheridas so#re esta$
Figura 153 Fenóeno de Adsorción
%odas %odas las superficies tienen una serie de poros activos que pueden adsor#er moléculas &cantidad 'imitada de acuerdo con el n!mero de poros activos en la superficie del agente adsor#ente(, denominada g, la cual se puede determinar deter minar mediante la siguiente expresión$
g ! N"ero de poros ocupados
#$1% N"ero To&al de 'oros
El mecanismo de transferencia de masas se lleva a ca#o de la siguiente forma$
Agen&es Adsor(en&es 'os materiales sólidos empleados como adsor#entes son productos naturales o sintéticos. En cualquier caso, el proceso de fa#ricación f a#ricación ha de asegurar un gran desarrollo superficial mediante una elevada porosidad. 'os adsor#entes naturales &arcillas, zeolitas( tienen peque)as superficies. 'os adsor#entes industriales " los car#ones activados de #uena calidad pueden llegar a tener entre *.+++ " *.++ mg. Como quiera que los mecanismos de adsorción son mu" comple/os " no se han determinado con precisión a!n, no se dispone de una norma satisfactoria mediante la cual puedan preverse, pr everse, a priori las afinidades relativas entre un material poroso " una sustancia. 0entro de las características importantes que de#e reunir un #uen adsor#ente son las siguientes$ •
1lta capacidad de adsorción. 'a relación dé equili#rio entre las fases influ"e en la eficacia con que se alcanza la capacidad final ", en muchos casos, controla la capacidad real del soluto.
•
2ropiedades físicas " tama)o de partícula adecuados para garantizar la necesaria resistencia mecnica " facilidad de mane/o, produciendo la menor pérdida de carga posi#le tanto en lechos fi/os como en los móviles o fluidizados.
•
Costo #a/o, tanto de la materia prima como del proceso de fa#ricación.
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3cil regeneración4 por desorción, especialmente en el caso de los procesos continuos.
Como su#stancia a#sor#ente se utiliza el C15 &C activo granulado( de#ido a su gran superficie, a su afinidad por la materia orgnica " que es regenera#le. 6 El CAR)*N ACTI+O El car#ón activado tiene una gran variedad de tama)os de poro los cuales pueden clasificarse de acuerdo a su función, en poros de adsorción " poros de transporte. 'os primeros consisten en espacios entre placas grafíticas con una separación de entre una " cinco veces el dimetro de la molécula que va a retenerse. En éstos am#as placas de car#ón estn lo suficientemente cerca como para e/ercer atracción so#re el adsor#ato " retenerlo con ma"or fuerza. 'os poros ma"ores que los de adsorción son los de transporte, " tienen un rango mu" amplio de tama)os, que van hasta el de las grietas que estn en el límite detecta#le por la vista, " que corresponde a +.* mm. En esta clase de poros, sólo una placa e/erce atracción so#re el adsor#ato " entonces lo hace con una fuerza menor, o incluso insuficiente para retenerlo. 1ct!an como caminos de difusión por los que circula la molécula hacia los poros de adsorción en los que ha" una atracción ma"or. 2or lo tanto, aunque tienen poca influencia en la capacidad del car#ón activado, afectan a la cinética o velocidad con la que se lleva a ca#o la adsorción. Otra clasificación de los poros, es la de la 7821C &7nternational 8nion of 2ure and 1pplied Chemists(, que se #asa en el dimetro de los mismos, de acuerdo a lo siguiente$ 9 microporos$ menores a nm 9 mesoporos$ entre " + nm 9 macroporos$ ma"ores de + nm &típicamente ++ a +++ nm( 'os microporos tienen un tama)o adecuado para retener moléculas peque)as, que aproximadamente corresponden a compuestos ms voltiles que el agua, tales como olores, sa#ores " muchos solventes. 'os macroporos atrapan moléculas grandes, tales como las que son coloreadas o las su#stancias h!micas -cidos h!micos " f!lvicos- que se generan al descomponerse la materia orgnica. 'os mesoporos son los apropiados para moléculas intermedias entre las anteriores 2or lo tanto, la capacidad de un car#ón activado para retener una sustancia determinada, no sólo est dada por su rea superficial, sino por la proporción de poros cu"o tama)o es el adecuado$ una a cinco veces el dimetro de la molécula de dicha sustancia. 6 2ropiedades " condiciones que afectan la adsorción en car#ón activado 'a adsorción en car#ón activado se ve afectada por diversas propiedades tanto del car#ón como del adsor#ato, así como por condiciones del gas o el líquido en el que se lleva a ca#o este fenómeno.
1lgunas de éstas "a se descri#ieron en la sección anterior, pero a continuación se listarn de una manera organizada, /unto con otras que a!n no se han mencionado. 6 2ropiedades relacionadas con el tipo de car#ón activado 'a adsorción aumenta cuando el dimetro de los poros predominantes esta entre una " cinco veces el dimetro del adsor#ato. 0iferencias en la química superficial " en los constitu"entes de las cenizas pueden afectar la adsorción, especialmente en fase líquida. :in em#argo, estas propiedades tienen una influencia peque)a respecto a cualquier otra de las que se estn listando. 6 2ropiedades relacionadas con el adsor#ato 1ntes de enumerarlas, ha" que mencionar que todo tipo de moléculas orgnicas se adsor#en #ien en el car#ón activado. ;o así la inorgnicas, excepto en algunos casos como los moli#datos, los cianuros de oro, el dicianuro de co#re, el cloruro de mercurio, el "odo " las sales de plata, entre otros. 9 'a adsorción de compuestos orgnicos es ms fuerte al aumentar su peso molecular, mientras el tama)o de la molécula no re#ase al del poro. 9 'as moléculas orgnicas no polares se adsor#en con ma"or fuerza que las polares. 9 'as moléculas orgnicas ramificadas se adsor#en con ma"or fuerza que las lineales. 9 'a ma"oría de las moléculas orgnicas que tienen ligados tomos de cloro, #romo o "odo, se adsor#en con ma"or fuerza. 2ara el caso de adsorción en fase líquida, ésta aumenta al disminuir la solu#ilidad del adsor#ato. ;O%1$ 'as moléculas orgnicas de ms de tres car#onos generalmente se adsor#en, a menos que sean extremadamente solu#les. 6 2ropiedades relacionadas con el gas o el fluido que rodea al car#ón activado En fase líquida, generalmente aumenta la adsorción al disminuir el p<. 2ara el caso de adsorción en fase líquida, la teoría dice que ésta no se ve afectado por la temperatura. :in em#argo, a ma"or temperatura, aumenta la solu#ilidad del adsor#ato, " se adsor#e en menor proporción. 2or otro lado, a ma"or temperatura, tam#ién disminu"e la viscosidad del solvente, f acilitando la movilidad del adsor#ato " por lo tanto acelerando su velocidad de difusión hacia los poros. %odo lo anterior generalmente resulta en un aumento de la adsorción al aumentar la temperatura.
Operación de la coluna de Adsorción 'os procesos de adsorción tienen lugar en las columnas de adsorción &;ormalmente cilindros completamente llenos de Car#ón 1ctivado 5ranulado C15(. 'os equipos empleados en operaciones continuas son las tor res empacadas o con lecho fi/o, en donde ocurre el contacto de la mezcla de líquidos con el adsor#ente en el lecho, a través de mallas que impiden el paso de partículas del sólido adsor#ente. 'os residuos en esta operación se encuentran generalmente en el fondo de los tanques como lodos de adsor#ente gastado " contaminado =er 3igura *>>
Figura 15$ Torre de Adsorción
El proceso tiene lugar como se descri#e a continuación4 a la entrada a la columna de adsorción llega la solución con el agente que se quiere retirar con una concentración inicial Co4 para efectos del avance del proceso en estado estacionario, se descri#e el mismo en una columna en operación4 en donde las primeras capas de agente adsor#ente del equipo "a estn saturadas, el contaminante se adsor#e en aquella zona aun li#re de contaminante ?%@, la cual se define como la zona de transferencia de masa que, en la medida en que avanza la adsorción, se va saturando. 'a zona agotada se va desplazando cada vez hasta que ?%@ toca el extremo con lo que se alcanza C:%0 &Concentración Estndar o límite( a la salida " se tendría entonces completamente agotado el 1gente adsor#ente4 en condiciones normales la solución saldr de la torre al final del proceso con una concentración de sustrato Cs, especificada seg!n las condiciones de dise)o " los requerimientos de concentración mínima del contaminante, para la eliminación total del mismo se requerirn tantas columnas en serie como sean necesarias. 'legado el momento en el cual se alcanza la saturación total del agente 1dsor#ente, ser necesario proceder a su salida fuera de servicio, la puesta en operación de la %orre de reserva " la regeneración del 1gente adsor#ente4 es importante tener en cuenta que en la medida en que se incrementan los ciclos regenerativos, el agente 1dsor#ente se va degradando " pierde su eficiencia haciendo que los ciclos de regeneración sean cada vez ms frecuentes. En consecuencia se de#er disponer de un sistema apropiado de disposición final del agente adsor#ente "a gastado " no regenera#le de manera am#ientalmente sosteni#le, para minimizar aspectos am#ientales significativos de#idos a este tipos de procesos.
Figura 155 'roceso de Adsorción
2ara efectos del control operativo de la columna de 1dsorción, este se efect!a so#re la concentración de salida de la sustancia o#/eto de la adsorción, de tal forma que en el momento en que esta supere su valor mínimo de calidad esta#lecido, es necesario sacar de servicio el equipo para proceder a efectuar el ciclo regenerativo del agente =er 3igura *>A.
Figura 15, Ciclo de Regeneración del Agen&e Adsor(en&e
'as columnas se regeneran con una mezcla vapor-aire en un horno a B++ C con lo que se consigue eliminar las su#stancias orgnicas adheridas. 'as columnas de adsorción con C15 Car#ón 1ctivado 5ranulado son los equipos ms utilizados en la industria en general por su #a/o costo, fcil accesi#ilidad en el mercado del agente adsor#ente " procesos de regeneración con ciclos relativamente cortos con materiales " equipos disponi#les en cualquier tipo de instalación destinada a procesos alimentarios En la 3igura *D se o#servan las partes de una columna de adsorción de dos etapas o lechos de Car#ón 1ctivado 5ranulado.
Figura 15- Torre de Adsorción de Car(ón Ac&i.ado
1 boca entrada de aire, 2 boca de descarga, 3 boca de carga, 4 boca
de descarga, 5 Boca de carga, 6 boca salida de aire, 7 Drenaje
'as torres de car#ón activo a#arcan toda la gama posi#le tanto para la desodorización de corrientes gaseosas en la industria alimentaria como para la depuración del aire.
Ta(la 1- Especi/icaciones &0cnicas de una &orre de adsorción con Car(ón Ac&i.ado Granulado CAG
MATERIAL DE LA VENTILADOR TORRE
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Poliéster fibra de vidrio
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Polipropileno, polietileno, PV
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!cero ino"idable !#$#%316
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Poliéster fibra de vidrio
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Polipropileno
•
!cero ino"idable
FILTROS DE AIRE DE ENTRADA
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Prefiltros regenerables
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&iltros de tirar en calidad
LECHOS DE CARBÓN
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Desde 3' c() *asta +' c() de altra para n rendi(iento del 1'' -) De 1 . 2 lec*os dependiendo del cadal o de 2 lec*os para la absorci.n selectiva de gases /cidos o b/sico
•
!l(inio
'as aplicaciones de las columnas de adsorción en la 7ndustria alimentara son de gran importancia en particular$ - Como técnica de afino para métodos #iológicos en el tratamiento de aguas residuales con el proceso de lodos activados. - En el %ratamiento directo ¶ eliminar su#stancias colorantes del agua.
Columna de absorción. http://www.jackzavaleta.galeon.com/balw4.pdf Euipos de adsorción ! absorción. https://prezi.com/"jbmumizbhtc/euipos# industriales#de#absorcion#!#adsorcion/
