TRANSFERENCIA DE MASA

Procesos Unitarios

DIFUSION

La difusión es el movimiento bajo la influencia de un estímulo físico, de un componente individual a través de una mezcla. La causa más frecuente de la difusión es un gradiente de concentración.

LEY DE FICK

ZCa

DJ ABa

ABSORCIÓN

La absorción es un proceso de separación en la cual se pone en contacto un mezcla gaseosa con un líquido, con el propósito de disolver uno o más componentes del gas y obtener una solución de éstos en el líquido.

Absorbente o disolvente: es el líquido donde se disuelve el contaminante.

Absorbato o soluto: es el vapor absorbido.

La desorción o stripping es la operación inversa, el soluto pasa de la corriente líquida a la gaseosa.

FENOMENO DE ABSORCIÓN

TIPOS DE COLUMNAS

TORRE EMPACADA

TORRE DE PLATOS

TORRE EMPACADA

TORRE EMPACADA(TIPO DE SOPORTES)

TORRE EMPACADA(TIPO DE EMPACADO)

VENTAJAS Y DESVENTAJASVENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS Gran eficiencia de colección de partículas respirables (< 10 micras). Requerimientos de espacio relativamente pequeño. Versatilidad para recolectar partículas y gases. Adecuadas para eliminación de gases corrosivos. Se capacidad de remoción se optimiza incrementando su altura y el tipo de

empacado sin necesidad de adquirir nuevos equipos

DESVENTAJAS Alto consumo de agua. Disposición y manejo de lodos. Problemas de taponamiento de los lechos o platos. Pérdidas altas de presión. Costos de mantenimiento altos

VARIABLES DE DISEÑO

• Selección del disolvente.

• Altura y diámetro del lecho empacado.

• Tipo de relleno o empaque.

• Tasa de flujo molar de disolvente.

• Caída de presión a través del lecho.

ELECCIÓN DEL SOLVENTEPARA ABSORCIÓN

1. SOLUBILIDAD GASEOSA

DEBE SER ELEVADA PARA MINIMIZAR LACANTIDAD NECESARIA DE SOLVENTE.DEBE EXISTIR COMPATIBILIDAD ENTRE EL SOLVENTE Y EL SOLUTO. EJ: SUSTANCIAS POLARES-POLARES.

2. VOLATILIDAD

DEBE TENER BAJA PRESIÓN DE VAPOR PARA EVITAR PÉRDIDAS. FAVORECE OPERAR A BAJAS TEMPERATURAS.

ELECCIÓN DEL SOLVENTEPARA ABSORCIÓN

3. CORROSIVIDAD

LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DEBENSER COMUNES Y ECONOMICOS.

4. COSTO

EL SOLVENTE DEBE SER ECONOMICO, ASI LAS PÉRDIDAS NO RESULTAN COSTOSAS.

5. VISCOSIDAD

A BAJA VISCOSIDAD HAY MAYOR VELOCIDADDE ABSORCIÓN DEL SOLUTO EN EL SOLVENTE.

TORRES DE ADSORCIÓN

La adsorción es un proceso de separación basado en la capacidad de ciertos sólidos, para remover en forma preferencial, componentes gaseosos (o líquidos) de una corriente.

Adsorbente: es el medio adsorbente sólido.

Adsorbato: es el vapor adsorbido.

Adsorción física: es el resultado de las fuerzas intermoleculares de atracción entre las moléculas de un sólido y de la sustancia adsorbida. Es un fenómeno reversible.

Adsorción química: es el resultado de la interacción química entre el adsorbato y el medio adsorbente. La fuerza de unión es mucho más fuerte que para la adsorción física. Proceso frecuentemente irreversible.

PROPIEDADES DE LOS ADSORBENTES

• Los adsorbentes sólidos se utilizan en forma granular ( Dp desde 0.5’’ hasta 200 m o menos).

• Deben tener grandes superficies por unidad de peso, referidas a la superficie de los poros internos de las partículas (El carbón vegetal contiene una superficie específica de 105 a 106 m2/kg).

• Debe tener una cierta afinidad hacia los compuestos a adsorber.

• La caída de presión a través del lecho debe ser aceptable.

• Debe cumplir ciertas normas de resistencia y dureza.

TIPOS DE ADSORBENTES

• Carbón activado: se prepara por la carbonización del carbón, madera, huesos de frutas y cáscaras de cocos.

• Sílica gel.

• Alúmina activada.

• Tamices moleculares.

TIPOS DE ADSORBENTES

DISEÑO O SELECCIÓN DE UN ADSORBEDOR

• Tiempo de residencia (0.6-6 s).

• Pretratamiento de la corriente gaseosa para eliminar materia no adsorbible.

• Pretratamiento para eliminar altas concentraciones de otros gases.

• Distribución del flujo a través del lecho.

• Regeneración del lecho.

SELECCIÓN DE UN ADSORBEDOR

• Regenerativo.

• No regenerativo.

• Carga intermitente

• Operación continua

ISOTERMAS DE ADSORCIÓN

La capacidad de un adsorbente para un gas específico o vapor se presenta como una isoterma. Un punto en una isoterma representa la masa de adsorbato por unidad de masa de adsorbente bajo condiciones de equilibrio a una temperatura y concentracìón dadas.

ONDA

DE

ADSORCIÓN

VENTAJAS Y DESVENTAJASVENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS Gran eficiencia de remoción de emisiones de VOC, compuestos

halogenados (clorados, fluorados, brominados), PCE, TCE, clorofluorocarbonados, cetonas y aldehídos.

Operación automática. Regeneración en el sitio. No se requiere reemplazar el adsorbente.

DESVENTAJAS Tecnología de compleja operación. Requiere de espacios muy grandes. Costos de energía altos. Costos de mantenimiento altos. Requiere de sistemas de postratamiento adicionales.

Velocidad de adsorción

A

m

CA

mV

ad

a

a

oada

aad

11

= flujo másico del gas.

= densidad del gas.

= densidad del lecho.

= area de la sección transversal del lecho.

=constantes de isotermas de adsorción.

=constantes de isotermas de adsorción.

Espesor de la zona de adsorción

K

mKA

a

a

1

1

99.01

01.01ln

11

595.4

= espesor de la zona de adsorción

= coeficiente de resistencia del adsorbente.

Tiempo de ruptura del lecho

L

V

Lt

ad

= longitud del lecho.

CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LECHOS FIJOS

75.1)1(150

)1( 2

3

GdGH

dPg

p

gpc

P = Caída de presión, lbf/ft2

gc = Constante gravitacional, 4.17 x 108 lbm-ft/lbf-h2

= Fracción hueca, ft3 huecos/ft3 lecho empacado.

Dp = Diámetro de la partícula, ft.

g = Densidad del gas, lbm/ft3.

H = Profundidad del lecho, ft.

G = Flujo másico de gas por unidad de área, lbm/h-ft2.

= Viscosidad del gas, lbm/h-ft.

CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN A TRAVÉS DE LECHOS FIJOS

56.1

10037.0

V

HP

P = Caída de presión, in H2O.

H = Profundidad del lecho, ft.

V = Velocidad superficial del gas, ft/min.

Esta ecuación es válida para velocidades entre 60-140 ft/min y profundidades de lecho de 5-50 in y carbón de 4 a 6 mallas.

EjerciciosEjercicios

Se desea tratar una corriente de aire con flujo de 1000 pie3/min a 100F que contiene 0.005 fracción molar (5000 ppm) de tolueno, con el fin de extraer prácticamente todo el tolueno. Si el lecho se debe usar 8 horas entre regeneraciones cuántas libras de carbón se deben tener si:

a.Sólo se usa una vez y se desecha.

b.Si se regenera al tener un contenido de tolueno en la corriente de salida de 0.5%?