1. OBJETIVO

- separar uno o más componentes (el soluto) de una fase gaseosa por medio de una fase líquida en la que los componentes a eliminar son solubles (los restantes componentes son insolubles).

-Recuperación de gases ácidos (CO2) con disoluciones de aminas

-Conseguir con el menor costo posible (mínimo consumo de

energía y tamaño de columna) la cantidad de transferencia

de componentes.

-Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de producción

2. INTRODUCCIÓN.

Muchos materiales utilizados en la industria química se

encuentran en forma de mezclas en fase gaseosa, líquida o

sólida. Usualmente se ponen en contacto fases de diferente

naturaleza para separar uno de los componentes de la

mezcla original aprovechando diferencias en alguna

propiedad en especial.

Las fases en contacto podrían ser, por ejemplo, gas-líquido,

gas-sólido y líquido-líquido.

Durante el contacto de las dos fases, los componentes de

ellas se redistribuyen de acuerdo a sus propiedades y

finalmente las fases se separan por medios físicos simples.

De esta manera, mediante una selección adecuada de las

fases y de las condiciones de operación, una de ellas se

enriquece en uno de los componentes, logrando así la

separación.

Cuando las fases en contacto son un gas y un líquido, la

operación unitaria se

denomina Absorción, que es la operación unitaria que

consiste en la separación de uno o mas componentes de

una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente líquido

con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se

absorben de la fase gaseosa 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 del CO2 A

del gas natural B por medio de un liquido amina C.

3. FUNDAMENTO TEORICO

Absorción es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o

más componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente

líquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se

absorben de la fase gaseosa 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 amoníaco A del aire B

por medio de agua líquida C. Al proceso inverso de la absorción se le llama

empobrecimiento o desabsorción; cuando el gas es aire puro y el líquido es

agua pura, el proceso se llama deshumidificación, la deshumidificación

significa extracción de vapor de agua del aire.

TIPOS

 

Las operaciones de absorción y stripping se suelen llevar a cabo

en columnas de relleno, pero también es común emplear

columnas de platos o incluso otros equipos como:

- torres de spray o de rocío: se usan en operaciones a gran

escala, normalmente para eliminar algún contaminante de los

gases de combustión de centrales térmicas. Resultan

aconsejables cuando se precisa una pérdida de carga baja y si

existen partículas en la corriente de gas entrante. No suele haber

relleno en su interior.

- absorbedores de película: son útiles en caso de que el calor

liberado por la absorción sea elevado, por lo que se emplea un

intercambiador de calor cuya superficie debe ir pegada al líquido.

- en tanques agitados: la agitación favorece la reacción química

en fase líquida, ya que si se requieren largos tiempos de

residencia para que se produzca la reacción, la absorción sería

inviable de realizar en una columna.

- columnas de burbujeo: consiste en una columna parcialmente

llena de líquido a través del cual burbujea el vapor. No se suele

utilizar salvo que el soluto tenga una solubilidad muy baja en el

disolvente o que se requiera ungran tiempo de residencia para

llevar a cabo la reacción.

- contactores centrífugos: se trata de una serie de anillos

concéntricos estacionarios que engranan con un segundo

conjunto de anillos unidos a un plato giratorio. El líquido va

pasando de un anillo a otro en sentido descendente mientras que

el vapor se puede introducir bien por la parte superior o por la

inferior según se desee tener flujo directo o en contracorriente.

 

La desorción.- 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.

En una columna en la cual estén en contacto un gas y un líquido

que no están en equilibrio se realizará una transferencia de materia.

La fuerza impulsora actuante es la diferencia entre las presiones

parciales del líquido y el gas.

El sentido de la transferencia estará en función del signo de las

fuerzas impulsoras.

Los aparatos que pueden para realizar una absorción pueden ser

los mismos que en una destilación ya que la fase de contacto es

también entre un líquido y un gas.

Las columnas no necesitarán ni condensador ni caldera. Se usan

normalmente columnas de platos o de relleno.

Algunos dispositivos para facilitar el contacto entre las fases

emplean medios mecánicos.

Las torres de pulverización son columnas vacías en las que el

líquido entra a presión por un sistema de ducha, circulando el gas

en sentido contrario.

Los absorbedores centrífugos se basan en forzar el contacto gas-

líquido dando energía cinética de rotación al líquido y haciendo

circular gas a través suyo.

Algunas aplicaciones de la absorción:

-Eliminación de gases ácidos como H2S, CO2, SO2.

-Eliminacion de oxidos de nitrógenos con disoluciones de agentes

oxidantes

Regla de las fases y equilibrio

Para predecir la concentración de un soluto en dos fases en equilibrio, se

requieren datos de equilibrio experimentales. Además, si las dos fases no

están en equilibrio, la velocidad de transferencia de masa es proporcional a

la fuerza impulsora, que es la desviación con respecto al equilibrio. Las

variables importantes que afectan al equilibrio de un soluto son

temperatura, presión y concentración. El equilibrio entre dos fases en

cualquier caso, está restringido por la regla de las fases: F = C − P + 2

donde P es el número de fases en equilibrio, C es el número de

componentes totales en las dos fases (cuando no se verifican reacciones

químicas), y F es el número de variantes o grados de libertad del sistema.

Para el equilibrio líquido-gas se tiene 2 componentes y 2 fases, por lo tanto:

F = 2 − 2 + 2 = 2. Se tiene 2 grados de libertad y las combinaciones pueden

ser: (PA, T), (yA, T), (xA, T)..

Solubilidad de gases en líquidos en el equilibrio

Sistemas de dos componentes

Si cierta cantidad de un gas simple y un líquido relativamente no volátil se

llevan al equilibrio la concentración resultante del gas disuelto en el líquido

recibe el nombre de solubilidad del gas a la temperatura y presión

predominantes. A una temperatura dada, la solubilidad aumentará con la

presión La solubilidad de cualquier gas depende de la temperatura, y

depende en la forma descrita por la ley de van ‘t Hoff para el equilibrio

móvil: “si se aumenta la temperatura de un sistema en equilibrio, ocurrirá

un cambio durante el cual se absorberá calor”.

Sistemas de multicomponentes

Si una mezcla de gases se pone en contacto con un líquido, la solubilidad

en el equilibrio de cada gas será, en ciertas condiciones, independiente de

la de los demás, siempre y cuando el equilibrio se describa en función de

las presiones parciales en la mezcla gaseosa. Si todos los componentes del

gas, excepto uno, son básicamente insolubles, sus concentraciones en el

líquido serán tan pequeñas que no podrán modificar la solubilidad del

componente relativamente soluble; entonces se puede aplicar la

generalización Si varios componentes de la mezcla son apreciablemente

solubles, la generalización será aplicable únicamente si los gases que se

van a disolver son indiferentes ante la naturaleza del líquido; esto sucederá

en el caso de las soluciones ideales. Por ejemplo, el propano y butano

gaseosos de una mezcla se disolverán por separado en un aceite de parafina

no volátil, puesto que las soluciones que se obtienen son básicamente

ideales Soluciones líquidas ideales Cuando una fase líquida se puede

considerar ideal, la presión parcial en el equilibrio de un gas en la solución

puede ser calculada sin necesidad de determinaciones experimentales.

Hay cuatro características significativas de las soluciones ideales; todas se

relacionan entre sí:

➢ Las fuerzas intermoleculares promedio de atracción y repulsión en la

solución no cambian al mezclar los componentes.

➢ El volumen de la solución varia linealmente con la composición.

➢ No hay absorción ni evolución de calor al mezclar los componentes. Sin

embargo, en el caso de gases que se disuelven en líquidos, este criterio no

incluye el calor de condensación del gas al estado líquido.

➢ La presión.total de vapor de la solución varía linealmente con la

composición expresada en fracción mol.

En particular, los miembros adyacentes o casi adyacentes de una serie

homóloga de compuestos orgánicos pertenecen a esta categoría. Así, por

ejemplo, las soluciones de benceno en tolueno, de alcohol etílico y

propílico o las soluciones de gases de hidrocarburos parafínicos en aceites

de parafina pueden generalmente considerarse como soluciones ideales.

Cuando la mezcla gaseosa en equilibrio con una solución liquida ideal,

sigue también la ley de los gases ideales, la presión parcial p* de un soluto

gaseoso A es igual al producto de su presión de vapor p a la misma

temperatura por su fracción mol en la solución x.

Elección del disolvente para la absorción

Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una

solución específica, el disolvente es especificado por la naturaleza del

producto. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas,

casi siempre existe la posibilidad de elección. Por supuesto, el agua es el

disolvente más barato y más completo, pero debe darse considerable

importancia a las siguientes propiedades:

1. Solubilidad del gas en ñiquido. La solubilidad del gas debe ser elevada, a

fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida

de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la

del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para

los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas

es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin embargo, es

mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y

deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con frecuencia, la

reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad

elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a

utilizar, la reacción debe ser reversible.

2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto

que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está

saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran

cantidad. Si es necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para

recuperar la parte evaporada del primer disolvente.

3. Corrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el

equipo no deben ser raros o costosos.

4. Costo. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean

costosas, y debe obtenerse fácilmente.

5. Viscosidad. Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la

absorción, mejores características en la inundación de las torres de

absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de

transferencia de calor.

6. Misceláneos. Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni

inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto bajo de

congelamiento

RELACION MINIMA LIQUIDO-GAS PARA ABSORBEDORES

(buscar) hay en internet, treybal

…………..

………….

…………..

Torres de Platos: Las torres de platos son cilindros verticales en

que el líquido y el gas se ponen en contacto en forma de pasos

sobre platos. El líquido entra en la parte superior y fluye en forma

descendente por gravedad. En el camino fluye a través de cada

plato y a través de un conducto, al plato inferior. El gas pasa hacia

arriba, a través de orificios de un tipo u otro en el plato; entonces

burbujea a través del líquido para formar una espuma, se separa de

la espuma y pasa al plato superior. El efecto global es un contacto

múltiple a contracorriente entre el gas y el líquido, aunque cada

plato se caracteriza por el flujo transversal de los dos. Cada plato en

la torre es una etapa, puesto que sobre el plato se ponen los fluidos

en contacto íntimo, ocurre la difusión interfacial y los fluidos se

separan.

El número de platos teóricos o etapas en el equilibrio en una

columna o torre sólo depende de lo complicado de la separación

que se va a llevar a cabo y sólo depende de lo complicado de la

separación que se va a llevar a cabo y sólo está determinado por el

balance de materia y las consideraciones acerca del equilibrio. La

eficiencia de la etapa o plato y por lo tanto, el número de platos

reales se determina por el diseño mecánico utilizado y las

condiciones de operación.

La etapa que se muestra es un plato perforado en donde

las burbujas de la fase ligera V, suben a través de la fase

pesada L.

Plato de campanas de burbujeo

Las campanas de burbujeo, son cubetas invertidas sobre los platos

sin ocluirlas totalmente, y que permiten lograr una separación más

exacta de las fracciones al obligar a los vapores a pasar

burbujeando por el líquido que se acumula en los distintos niveles.

Por encima de los orificios de las bandejas se montan las campanas

de burbujeo que permiten el ascenso del vapor y retienen el líquido

ya condensado sobre cada bandeja. Esto aumenta la eficiencia de

la destilación.

Platos con campanas de burbujeo con flujo cruzado para el contacto

entre dos fases. El gas fluye en el sentido que indican las flechas

delgadas. El líquido fluye como lo indican las flechas gruesas. Las

campanas de burbujeo dispersan el gas en el líquido.

Diseño de torres de absorción de platos

1. Deducción de la línea de operación. Una torre de absorción de platos

tiene el mismo diagrama

de flujo de proceso que el sistema de etapas múltiples a contracorriente de

la figura 10.3-2 y se

muestra como una torre vertical de platos en la figura 10.6-4. 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 extensión de la torre. Si las velocidades 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)

(10.6-2)

Número teórico de platos para la absorción de SO2

4. PROCEDIMIENTO.

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

6. CONCLUSIÓN.

-Se logró evaluar una columna de platos perforados, mediante la

absorción del CO2 del gas natural hacia la solución amina.

7. BIBLIOGRAFÍA

-PERRY ROBERT, "Manual del Ingeniero Químico".

Editorial McGraw Hill, 1992. Tomo IV sección 15.

-TREYBAL ROBERT, "Operaciones de Transferencia de

Masa". Editorial McGraw Hill, Segunda Edición.

-http://glosario-transferencia-de-masa.wikispaces.com/

Pendientes

- http://es.wikipedia.org/wiki/Absorci%C3%B3n_(qu

%C3%ADmica)

7. ANEXOS.