ABSORCIÓN GASEOSA_1

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    16-Nov-2015

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<p>ABSORCIN GASEASA</p> <p>ABSORCIN GASEOSA</p> <p>1. DEFINICIN DEL PROCESO</p> <p>La absorcin gaseosa constituye una operacin de transferencia de masa desde la fase gaseosa a una fase lquida al ponerse estas en contacto; con el propsito de disolver los componentes del gas soluble en el lquido y lograr la separacin de la fase lquida y los dems componentes del gas no solubles, esta operacin es bsica en Ingeniera Qumica ya que en el campo de las separaciones gaseosas se utiliza para:</p> <p> Deshumidificar el aire y otros gases, </p> <p> Para eliminar de los gases industriales los olores e impurezas objetables tales como el dixido de carbono.</p> <p> Para recuperar vapores de valiosos solventes de las mezclas diluidas con aire, y otros gases</p> <p> Para fraccionar mezclas de gases de hidrocarburos que contienen sustancias tales como metanos, etanos, propileno, etileno, y propanoDESCRIPCIN DEL PROCESO:</p> <p>Como ya se dijo el proceso de absorcin es una operacin de transferencia de masa entre la fase gaseosa y la fase lquida, donde se debe reunir las siguientes condiciones:</p> <p> Condiciones de desigualdad en las concentraciones de cada fase, y que las concentraciones en la fase gaseosa sean mayores que las concentraciones en la fase lquida, para permitir que el flujo de materia se realice de la fase gaseosa a la fase lquida, el lquido disolver las sustancias solubles formando una solucin con estas y por ende una separacin entre esta nueva solucin y los gases restantes</p> <p> Cuando un vapor absorbido por el lquido se separa de l por medio de un gas no soluble en el lquido la operacin se denomina Desorcin, siendo opuesta a la absorcin en cuanto a que representa transporte de materias desde la fase lquida a la fase gaseosa, en virtud que la concentracin del lquido es mayor que la del gas.</p> <p> En el caso ms sencillo de Absorcin ninguno de los absorbente lquidos vaporizaran y el gas contiene solamente un constituyente</p> <p> Por ejemplo el amonaco presente en una mezcla aire amonaco, se disuelve en H2O lquida, a temperatura ambiente, puesto que el amonaco es soluble en H2O y el aire es casi insoluble; el H2O lquida no vaporizar en forma apreciable a temperatura ambiente por lo tanto solo se transferir el amonaco de la fase gaseosa al H2O lquida, en vista que el amonaco se transferir a la fase lquida, su concentracin aumentar hasta que el amonaco disuelto con aquel presente en la fase gaseosa; cuando este equilibrio se alcance ya no se transferir mas amoniaco puesto que ya no hay potencial ( concentracin) necesario para la transferencia de masa</p> <p> El proceso de Absorcin puede realizarse en forma puramente fsico o puede envolver solucin del material en el lquido, seguido por reaccin qumica con uno o varios sustituyentes en la solucin</p> <p> Este proceso se puede llevar a cabo de diferentes maneras, como en el caso de Difusin a travs de membranas porosas o en la superficie de cuerpos slidos utilizados como rellenos de torres</p> <p>SUGERENCIAS EN LA ELECCIN DEL SOLVENTE</p> <p>1. SOLUBILIDAD La solubilidad gaseosa en lneas generales es indispensable para producir la absorcin por parte del lquido del solvente y por ende la separacin del soluto gaseoso.</p> <p>Esta solubilidad debe ser elevada, aumentando as la efectividad de absorcin y por lo tanto disminuye la cantidad necesaria del solvente</p> <p>Una solucin de un gas en un lquido ejerce, a una temperatura y concentracin definida, una presin parcial del gas disuelto tambin determinada. La solubilidad de un gas vara con la presin total, si sta es grande. Este efecto es pequeo a presiones menores de una 5 atmsfera y se desprecia siempre excepto en los trabajos a alta presin.</p> <p>Gases diferentes presentan grandes diferencias en la presin parcial que ejercen sus soluciones en el equilibrio. Por ejemplo, si el gas forma un compuesto qumico estable con el lquido absorbente, su presin parcial ser nula en amplias zonas de concentracin, a condiciones que quede algo de disolvente libre.</p> <p>En general cuanto ms baja es la presin parcial del gas disuelto en una solucin de concentracin dada, se dice que es ms soluble</p> <p>Una cantidad dada de un lquido disolver cualquier cantidad de cualquier gas, tanto si es muy soluble o ligeramente soluble de acuerdo a la presin parcial del gas disuelto en la fase en contacto con el lquido.</p> <p>Un caso especialmente importante de solubilidad gaseosa es cuando la curva de solubilidad es una lnea recta. En tal caso, el gas sigue la ley de Henry y la curva de solubilidad est representada por la ecuacin</p> <p>En la que: P = presin parcial del gas soluto, atm.</p> <p>H = constante de la Ley de Henry</p> <p>X = Fraccin molar del soluto de la fase gaseosa.</p> <p>2. VOLATILIDAD:El solvente deber tener una presin de vapor baja, ya que el gas residual de una operacin de Absorcin se halla generalmente saturado con el solvente y puede ocasionar mucha prdida Si es necesario para recuperar la parte evaporada en la primera operacin puede utilizarse un segundo lquido menos voltil </p> <p>Esto se hace por ejemplo en el caso del absorbente hidrocarburado, cuando se utiliza un solvente relativamente voltil en seccin principal del absorbedor, a causa de las caractersticas superiores de solubilidad y el solvente volatilizado se recupera del gas con un aceite no voltil.</p> <p>3. CORROSIVIDAD:Debe ser poco corrosivo para evitar desgastes y permitir mayor economa</p> <p>4. COSTO:</p> <p>Debe ser econmico, as las prdidas no resultan costosas.</p> <p>5. VISCOSIDAD:Se requiere una viscosidad baja para lograr una absorcin rpida y adems mejorar las caractersticas de inundacin en las torres de Absorcin, da cadas de presin en el bombeo y buena caracterstica de transferencia calorfica.</p> <p>6. OTRAS CONDICIONES:El solvente en lo posible deber ser no toxico, no inflamable, Qumicamente estable y deber tener un alto punto de congelacin</p> <p>PRINCIPALES TIPOS DE TORRES DE ABSORCIN:</p> <p> TORRES DE RELLENO</p> <p>Consta esencialmente de una columna cilndrica o torre provista de una cmara de distribucin del gas en la parte inferior; una entrada y un sistema de distribucin de lquido en la parte superior; salida para el gas y el lquido en el tope y en el fondo respectivamente. Un lecho de unidades slidas inertes que rellenan la columna y que reciben el nombre de relleno. Este puede ser distribuido al azar o tambin puede ser colocado ordenadamente en la torre. El relleno colocado ordenadamente en la torre presenta canales interrumpidos a travs del lecho y originan menores cadas de presin que el colocado al azar en donde el gas se ve obligado a cambiar frecuentemente de velocidad y direccin.</p> <p>El gas que contiene el soluto, gas rico, entra a la torre mediante un distribuidor situado debajo y asciende a travs de ste circulando en contracorriente con el lquido</p> <p>El funcionamiento del relleno establece una gran superficie de contacto entre el gas y el lquido, favoreciendo el ntimo contacto entre las fases. El soluto contenido en el gas es absorbido por el lquido que entra a la torre, saliendo aqul pobre en soluto por la parte superior.</p> <p>El rea de relleno por unidad de volumen del mismo, es expresada mediante el factor a y es definida como m2 de superficie hmeda activa por m3 de volumen relleno. Las variables que controlan este factor son las velocidades msica de cada fase, la viscosidad, la densidad, forma, y tamao del mismo relleno y las caractersticas de mojado de ste. El valor del factor a es necesariamente un valor promedio dado que el grado de hmeda del relleno vara a punto dentro de la torre. Esto no quiere decir que sea proporcional a la superficie especfica total del relleno seco, expresada mediante el factor av, aunque las unidades de menor tamao tendern naturalmente a dar ms superficie hmeda por unidad de volumen. Esta falta de proporcionalidad es debida principalmente a tres causas:</p> <p> Desigualdad de distribucin de lquido sobre La seccin transversal de la torre.</p> <p> Falla del lquido en mojar toda la superficie de cada partcula individual del relleno.</p> <p> Superficie inactiva en los puntos de contacto entre las partculas de relleno en las cuales el lquido permanece estancado y se satura de soluto muy rpidamente.</p> <p>MATERIAL DE RELLENO</p> <p>El relleno representa la parte ms importante de estos equipos, Su propia seleccin envuelve un claro entendimiento de caractersticas operacionales y efecto sobre el funcionamiento, debido a diferencias fsicas significantes entre varios tipos de relleno </p> <p>Un relleno debe cumplir los siguientes requisitos:</p> <p> Ser qumicamente inerte para dos fluidos que circulan por la torre</p> <p> Tener gran resistencia mecnica sin un peso excesivo</p> <p> Permitir un paso adecuado de ambas corrientes sin originar una retencin de lquido, o cada de presin excesiva</p> <p> Proporcionar una superficie interfacial grande entre las fases (lquido gas).</p> <p> Tener un costo relativamente bajo, por consiguiente, la mayor parte de los rellenos se construyen con materiales baratos, inertes y relativamente ligeros, tales como arcilla, porcelana, grafito, etc. O tambin anillos metlicos de pared delgada construida en acero y aluminio.</p> <p>Mediante unidades de relleno de forma irregulares o huecas se consiguen grandes espacios vacos, con una porosidad del 60 % o superior que permiten flujos elevados de la fase en operaciones donde la corrosin es factor muy importante, los rellenos de cermicas generalmente resultan menos costosos y ms apropiados, donde existe alta alcalinidad o donde exista la presencia de fluor los rellenos apropiados son los plsticos o carbn</p> <p>TIPOS DE RELLENO: TABLILLAS DE MADERA Se utilizan cuando la solucin de pasar sobre ella sea neutra o dbilmente cido o alcalino, el enfriamiento del agua de los condensadores es una construccin tpica de torres de relleno de este tipo. COQUE: El coque tiene la ventaja de su peso ligero y gran superficie por unidad de peso. Sus desventajas son: pequeas secciones transversales libre ANILLOS RASCHING: Es la forma mas comnmente usada en las torres de absorcin, esta formado por anillos cilndricos de igual altura de dimetro, con espesores de paredes tan delgadas como permita el material.Los anillos Rasching, se cargan casi siempre en la torre al azar y no se colocan regularmente en formas ordenadas, lo que ofrece la mejor combinacin de bajo peso por unidad de volumen, seccin transversal, volumen libre y superficie total de cualquier tipo de relleno.</p> <p> MONTURAS BERL: Esta formado por unidades de porcelana en forma de monturas que se colocan al azar, tienen mayor eficiencia que los anillos de Rasching en todas sus aplicaciones pero mayor costo.</p> <p> MONTURAS INTALOX: Es uno de los rellenos mas eficiente pero mas costoso tienen alto punto de inundacin y baja cada de presin en comparacin con los anteriores, tienen bajo H.T.U., tienen menor resistencia mecnica que M.B. y A.R.</p> <p> ANILOS TESRING: Presenta una cada de presin ligeramente alta en comparacin con los otros tipos de rellenos, presentan un elevado empuje sobre las paredes de la torre.</p> <p> ANILLOS PALL: Este tipo de relleno puede ser de metal, plstico o cermica, presentan bajo cada de presin con valores inferiores a los A.R. y bajo H.T.U.</p> <p>Los aparatos para absorcin de gas o desorcin usualmente se clasifican en cuatros tipos diferentes, teniendo cada uno de ellos como objetivo primordial promover el contacto con la interfase entre el gas y el lquido. Existen tambin, o son posible, muchas variedades y combinaciones de estos tipos.</p> <p>LOS EMPAQUE GENERALMENTE SE DIVIDEN EN: Empaques al azar: son piezas discretas de una forma geometra especfica, los cuales son empacados al azar dentro de la coraza de la columna</p> <p> Empaques estructurados: son piezas colocadas en forma ordenada dentro de la columna.</p> <p> Rejillas: su uso es limitado a la transferencia de calor y los servicios de lavado y / o donde se requiera una alta resistencia al ensuciamiento.</p> <p>CARACTERSTICAS DE LOS EMPAQUES.</p> <p> Debe suministrar una superficie interfacial grande para el contacto entre las fases de lquido y vapor.</p> <p> Debe permitir el paso de grandes volmenes de fluido a travs de pequeas secciones transversales de la torre, sin ocasionar inundacin</p> <p> Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se procesan.</p> <p> Deber tener una estructura fuerte que permita el fcil manejo e instalacin.</p> <p> Debe ser de bajo costo.</p> <p>Las columnas de relleno presentan ciertas ventajas y desventajas que determinan su escogencia sobre las columnas de platos, entre las que se mencionan:</p> <p> Tienen una cada de presin menor por unidad de altura. Esto es importante en las destilaciones al vaco</p> <p> Se utilizan en columnas de dimetros pequeos</p> <p> Se utilizan en operaciones altamente corrosivas</p> <p> La cantidad de lquido retenido por la columna es muy pequea, si existe un buen diseo</p> <p> Tienen mayor efectividad pero no operan sobre amplias zonas de cargas de vapor o lquido por unidad de seccin recta de la torre.</p> <p> Resulta difcil la distribucin del lquido</p> <p> La limpieza es ms fcil realizarla en una columna de platos.</p> <p>tabla No. 2. Caractersticas de algunos de los Empaques ms usados.</p> <p>EmpaqueAnillos RashigSillas de Montar IntaloxSillas de Montar BerlAnillos Pall</p> <p>CaractersticasBajo Costo</p> <p>Baja Eficiencia</p> <p>Disminuye la resistencia a medida que disminuye el espesor de la pared</p> <p>A mayor espesor mayor cada de presin, menor espacio libre y un rea de superficie reducida</p> <p>Dimetro y altura son igualesMejor caractersiticas de humedecimiento</p> <p>Ms costoso que los anillos RashigSon costosos</p> <p>Pueden empacarse dando configuraciones complejas</p> <p>Son resistentes</p> <p>Dan mayor rea por unidad de volumenTienen secciones de pared cortadas y dobladas para dar una mejor circulacin</p> <p>MaterialPorcelana</p> <p>Arcillas</p> <p>Carbn </p> <p>Metales</p> <p>TORRE TIPO SPRAY:</p> <p>Consiste en una gran cmara por la cual pasa el gas y en donde el lquido se introduce en forma de gotas por medios de rociadores o mediante otro tipo de atomizador, la fase gaseosa es continua, mientras que la fase lquida es discontinua.</p> <p>En este equipo el lquido entra en la cmara generalmente por la parte superior de una torre habitualmente cilndrica, y el gas hace lo mismo por el fondo, La conversin de la corriente lquida en un gran nmero de pequeas gotas provee una superficie interfacial a travs de la cual se lleva a cabo una transferencia por difusin.</p> <p>Dentro de las gotas ms pequeas, el lquido estacionario y el movimiento del soluto se lleva a cabo por difusin molecular. El principal problema en el diseo de este tipo de equipos es la dificultad de mantener las finas gotas suspendidas individualmente en la corriente ascendente de gas, el cual tiende a llevarlas consigo y sacarlas de la cmara.</p> <p>Se presenta tambin con frecuencia en este tipo de equipos el fenmeno de coalescencia, las gotas a medida que caen van creciendo en tamao, ya que la coalescen, lo que trae como consecuencia una disminucin en el rea total de transferencia de materia </p> <p>TORRE DE PLATO POROSO:</p> <p>Este tipo de equipo es opuesto al anterior en el principio que la fase gaseosa...</p>