absorcion gaeosa

7/30/2019 absorcion gaeosa

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Procesos de Separacin en Ingeniera Ambiental

TEMA 4. Absorcin de gases

1. Introduccin

2. Diseo de una columna de relleno

2.1 Clculo de la altura de relleno

2.1.1 Punto de vista macroscpico

2.1.2 Punto de vista microscpico

2.2 Otros elementos de diseo

3. Otros equipos de absorcin

Tema 4. Absorcin de gases


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1. INTRODUCCIN

Absorcin de gases: operacin de transferencia demateria cuyo objetivo es separar uno o mscomponentes (el soluto) de una fase gaseosa pormedio de una fase lquida en la que los componentes

a eliminar son solubles (los restantes componentes

son insolubles). Se produce una transferencia de

materia entre dos fases inmiscibles.

A

Fase Y Fase Xz

xAyA

yA

yAixAi

xA

Interfase


A veces un soluto se recupera de un lquido poniendo

ste en contacto con un gas inerte. Tal operacin, que

es inversa de la absorcin, recibe el nombre de

desorcin de gases, desabsorcin o stripping.

Ejemplo: eliminacin de amonaco a partir de una

mezcla de amonaco y aire por medio de agua lquida.

Posteriormente se recupera el soluto del lquido por

destilacin u otra tcnica y el lquido absorbente sepuede desechar o reutilizar.


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1. INTRODUCCIN (cont.)

Aplicaciones de la absorcin:

Recuperar productos de corrientes gaseosas confines de produccin

Control de emisiones de contaminantes a la atmsfera,reteniendo las sustancias contaminantes (compuestosde azufre, clorados y fluorados)

Recuperacin de gases cidos como H2S,

mercaptanos y CO2 con disoluciones de aminas

Produccin industrial de disoluciones cidas obsicas en agua (cidos clorhdrico, sulfrico y

ntrico o hidrxido amnico)

Eliminacin de SO2 de gases de combustin con

disoluciones acuosas de hidrxido de sodio

Eliminacin de xidos de nitrgeno con

disoluciones de agentes oxidantes



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Equipos en los que se produce la absorcin/desorcin

de gases

Columnas de relleno

Columnas de platos



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Columnas de relleno

Entradade gas

Salidade gas

Entradade

lquido

Salida delquido

Relleno



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Cuerpos de relleno tpicos: a) montura Berl; b) montura

Intalox; c) anillo Raschig; d) anillo Pall

Distribucin del relleno:

1. Al azar: tamao < 3 pulgadas (2,54 cm) (< 1 se usan

en laboratorio o planta piloto)

2. Ordenados: entre 2 y 8 pulgadas

Columnas de relleno

a b c d



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Caractersticas de los rellenos de columnas de absorcin:

1. Qumicamente inerte frente a los fluidos de la torre.

2. Resistente mecnicamente sin tener un peso excesivo.

3. Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin

excesiva retencin de lquido o cada de presin.

4. Proporcionar un buen contacto entre el lquido y el gas.

5. Coste razonable.

Materiales:

Baratos, inertes y ligeros: Arcilla, porcelana, plsticos,

acero, aluminio.

Unidades de relleno huecas, que garantizan la

porosidad del lecho y el paso de los fluidos.

Columnas de relleno



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2. DISEO DE UNA COLUMNA DE RELLENO

Objetivo del diseo

conseguir el mximo de transferencia de componentescon el mnimo consumo de energa y de tamao decolumna, es decir, con el mnimo coste.

Disear una

columna de

absorcin

Calcular la altura del relleno

necesarios para lograr la

separacin deseada

Datos de diseo que son conocidos normalmente:

Condiciones de operacin de la columna: PT y T

Composicin de las corrientes de entrada

Composicin del gas a la salida (fin perseguido)

Circulacin en contracorriente


Dimetro de la columna

Caudales de las dos fases

Tipo de relleno.

Otros parmetros de diseo:


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2. DISEO DE UNA COLUMNA DE RELLENO (cont.)

Entradade gas

Salida

de gas

Entrada de

lquido

Salida delquido

Relleno

Caudal volumtricocomposicin

Caudal volumtrico

Composicin: objetivo

audal volumtricoomposicin

Caudal volumtricoComposicin?



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2. DISEO DE UNA COLUMNA DE RELLENO (cont.)

S

LL = L (1-x) =

1+XS

GG = G (1-y) =

1+Y

X x

x = X =1+X 1-x

T T

Y P y Py = = Y = =

1+Y P 1-y P -P

P1Y1y1

G1

G2P2Y2y2

X1x1L1

L2X2x2

PTT

Ls Gs

1

2


L y G: caudales de lquido ygas (mol/s m2)

x e y: fracciones molares delquido y gas

LS (mol C/s m2)

GS (mol B/s m2)

Y (mol A/mol B)

X (mol A/mol C)

Se va a estudiar el caso de absorcin, en estado estacionario, de un

soluto A desde una mezcla gaseosa con B mediante un absorbente

lquido C

Ecuaciones de transformacin


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Altura de relleno

Punto de vista macroscpico: Consiste en determinar elnmero de etapas o pisos tericos, NPT, y disponer de laaltura equivalente a un piso terico, AEPT.

h = NPT AEPT

Punto de vista microscpico: Conjugar Balances demateria y energa con la expresiones cinticas de

densidades de flujo. En caso de absorcin isoterma no hay

que considerar el balance de energa


P1Y1y1

G1

G2P2Y2y2

X1x1L1

L2 X2

x2

PT

TLs Gs

1

2


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P1Y1

P2Y2

X1

X2

PT

T

Ls Gs

S 1 S 2 S 2 S 1G Y + L X = G Y + L X

Balance de materia (soluto, A)

S S1 2 2 1

S S

L LY = Y - X + X

G G

1

2



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Una vez fijada la recta de operacin en el diagrama X-Y (LS,ptimo

vara entre 1,2 y 1,5 veces el valor de LS,mnimo) el clculo del

nmero de etapas o pisos terico, NPT, para la separacin

deseada es inmediato.




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Balance de materia (A)

S S S SL X + G Y = L X + dX + G Y + dY

S SL dX = G dY

' S SA AAL dX G dYdF dF

N = = = = = k a FIdV Sdh dh dh

S SL G

dh= dX= dYk a FI k a FI



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S SL G

dh= dX= dYk a FI k a FI

aso 1: Coeficiente global volumtrico de la fase gaseosa y lafuerza impulsora en relaciones molares

2 1

1 2

Y Yh

S S

Y Y Y0 Y Y

G G dY

h= dh= dY AUT NUTK a Y Ye K a Y

Para disoluciones diluidas

coeficiente global volumtrico

onstante) se suele cumplir que la

elacin de equilibrio es lineal

1 2

1 2

d Y Y Ycte.

dY Y Y

1 1

2 2

Y Y

S S S1 2 1 2

1 2Y Y 1 2 YY Y

1

2

d YG G GY Y Y YdYh= Y YK a Y K a Y Y Y K a

Yln

Y

S 1 2

Y ml

G Y Yh=

K a Y



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S 1 2

Y ml

G Y Yh=

K a Y

Caso 2: Coeficiente global volumtrico de la fase lquida y lafuerza impulsora en relaciones molares. Para

disoluciones diluidas:

1 1

2 2

X X

S S 1 2

X X 1 2X X

d XL L X XdXh= K a X K a X X X

S 1 2

1 2X

1

2

L X Xh=

X XK a

XlnX

S 1 2

X ml

L X Xh

K a X





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2.2 Otros elementos de diseo

2.2.1 Caudal volumtrico de lquido


2.2.2 Caudal de gas

Se define el caudal de mojado como el cociente entre el

caudal volumtrico y el permetro del relleno; y debe ser

siempre superior a un cierto valor. El caudal mnimo de

mojado para la mayora de los rellenos vale 0,08 m3/(hm) y

el caudal mximo de mojado suele ser de unos 0,7 m3/(hm)

2.2.3 Dimetro de la columna

La velocidad del gas a la cual se produce el anegamiento se

llama velocidad de inundacin. Generalmente se opera a la

mitad de la velocidad de inundacin

El dimetro de la columna es el segundo parmetro de

diseo (el primero es la altura) y su clculo se realiza a partir

de consideraciones fluidodinmicas, es decir, a partir de los

datos de caudales de circulacin del gas y del lquido.


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3 OTROS EQUIPOS DE ABSORCIN

3.1 Columnas de platos



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3.1 Columnas de platos

Condiciones que favorecen a las columnas de relleno:

1. Columnas de pequeo dimetro

2. Medios corrosivos3. Bajas retenciones de lquido (si el material es trmicamente

inestable)

4. Lquidos que forman espuma (debido a que en columnas de

relleno la agitacin es menor)

Condiciones que favorecen a las columnas de platos:

1. Cargas variables de lquido y/o vapor

2. Presiones superiores a la atmosfrica

3. Bajas velocidades de lquido

4. Gran nmero de etapas y/o dimetro

5. Elevados tiempos de residencia del lquido

6. Posible ensuciamiento (las columnas de platos son ms fciles delimpiar)

7. Esfuerzos trmicos o mecnicos (que pueden provocar la rotura

del relleno)



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3.2 Columnas de paredes mojadas



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ANEXO: Esquema para la resolucin de problemas de absorcin

1

2

Y

SY Y

Y Y

G dYh=AUT NUT

K a Y Ye

Caso general: integracin grfica o numrica (problema 1)

(si controla la fase

gaseosa)

1

2

X

SX X

X eX

L dXh=AUT NUT =

K a X - X

(si controla la fase

lquida)

La lnea de equilibrio es recta: no hay que usar grfica(Problema 5 de la relacin)

S 1 2

Y ml

G Y Yh=

K a Y

S 1 2

X ml

L X Xh

K a X

(controla la fase gaseosa) (controla la fase lquida)

Caso habitual: sustituir NUT por NPT (problemas restantes)

1. Representar la curva de equilibrio Y-X a partir de los datos

2. Calcular Y1, Y2 y X2 (razones molares) y representarlos; calcular Ls y Gs

(caudales de inerte)

3. Partiendo de Y1

, localizar el corte con la curva de equilibrio; en abscisas

se lee X1,max

4. Usar el BM(soluto) para determinar (Ls/Gs)min y, con el caudal de Ls

superior al mnimo, (Ls/Gs)min y X1. Representar X1 y situar el punto de

corte con la lnea de equilibrio

5. Trazar la lnea de operacin uniendo (X2,Y2) y (X1, Y1)

6. Determinar NPT y h


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