Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera Qumica e Industrias ExtractivasDepartamento de Ingeniera Qumica PetroleraLaboratorio de Operaciones UnitariasAbsorcin y AgotamientoPrctica de Absorcin

Alumnos.Franco Muoz Osmar.Garca Guido Eduardo Xavier.Garca Zapata Luz Andrea.Gmez Navarro Abraham.Jaramillo Ochoa Antonio Ivn.Martinez Ortiz Julian.Trejo Zarate Erick Samuel.

Grupo: 4PM71

Fecha de entrega: 26 de mayo del 2015

Objetivos

Los alumnos podrn explicar los conceptos bsicos de la operacin unitaria de absorcin de gases y conocern las relaciones existentes entre las variables operativas y de diseo para as poder llevar a cabo prcticas experimentales en forma significativa con seguridad y eficacia.

Fundamento terico

ABSORCION DE GASES. MARCO TEEORICO.

La absorcin de gases est basada en un vapor soluble que se absorbe desde su mezcla con un gas inerte por medio de un lquido en el que el gas soluble es ms o menos soluble. Un ejemplo tpico de dicha prctica es el lavado de amonaco a partir de una mezcla de amonaco y aire por medio de agua lquida. El soluto se recupera despus del lquido por destilacin, y el lquido absorbente se puede desechar o ser reutilizado. 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 desercin de gases o stripping.

Una definicin ms completa de la absorcin y desorcin de gases, enfocada en el rea de una refinera es que es una operacin en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un lquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o ms componentes del gas y de obtener una solucin de stos en el lquido.

Un ejemplo en la industria petrolera podra ser, el gas obtenido como subproducto en los hornos de coque, se lava con agua para eliminar el amoniaco; despus se lava con un aceite. Para eliminar los vapores de benceno y de tolueno. Para que el molesto sulfuro de hidrgeno sea eliminado de un gas de este tipo o de hidrocarburos gaseosos naturales, el gas o los hidrocarburos se lavan con diferentes soluciones alcalinas que absorben a dicho sulfuro. Los valiosos vapores de un disolvente, acarreados por una corriente gaseosa pueden recuperarse y luego ser reutilizados; basta lavar el gas con un disolvente adecuado a los vapores.Estas operaciones requieren la transferencia de masa de una sustancia en la corriente gaseosa al lquido. Cuando la transferencia de masa sucede en la direccin opuesta, es decir, del lquido al gas, la operacin se conoce como desorcin.Por ejemplo, el benceno y el tolueno se eliminan del aceite que se mencion antes poniendo en contacto la solucin lquida con vapor, de tal forma que los vapores entran en la corriente gaseosa y son arrastrados; en consecuencia, el aceite de absorcin puede utilizarse nuevamente. Los principios de la absorcin y la desercin son bsicamente los mismos, as que las dos operaciones pueden estudiarse al mismo tiempo.Generalmente, estas operaciones slo se utilizan para la recuperacin o eliminacin del soluto. Una buena separacin de solutos entre s, exige tcnicas de destilacin fraccionada.

El gas conteniendo el componente a absorber se introduce por la parte inferior y atraviesa el relleno, consistente en un lecho de partculas de un determinado tamao, forma, y material. Al mismo tiempo, se introduce la corriente de disolvente por la parte superior y cae por gravedad, lamiendo la superficie externa de las partculas del relleno. Esto crea, por un lado, una amplia superficie de interface y, por otro, un contacto intenso y turbulento entre ambas fases.

La disposicin de flujos que acaba de describirse se denomina "contracorriente", ya que el sentido de circulacin de ambas fases es opuesto. La columna de relleno consta adems de otros elementos auxiliares, como los sistemas de distribucin de gas y lquido, una parrilla para soportar el relleno y un separador de nieblas para captar las gotas que pudiera arrastrar el gas a la salida del lecho.

La transferencia del componente de la corriente de gas a la corriente de disolvente se produce porque en cualquier seccin de la torre, a cualquier altura, no hay equilibrio entre ambas fases. La concentracin del componente en la fase lquida es inferior a la que le correspondera si estuviera en equilibrio con la fase gas; es decir, existe una fuerza impulsora para la transferencia del componente a la fase lquida. La figura 11.6 muestra cualitativamente cmo son los perfiles de concentracin a ambos lados de la interface en cualquier seccin de la torre de absorcin.

Bibliografa:

Operaciones-de-transferencia-de-masa-robert-e-treybal, pag 303, 2 edicionOperaciones unitarias en Ing. Quimica MCCABE, pag 717, 4 edicion

GARCIA GUIDO EDUARDO XAVIER.

La absorcion de gases es una operacion unitaria de transferencia de materia en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un liquido a fin de disolver, de manera selectiva, uno o mas componentes del gas y obtener una solucion de estos en el liquido. El gas que queda libre del (de los) componente(s) se denomina gas limpio o gas agotado.Se diferencian tres partes importantes en el proceso de absorcion: el gas portador, el cual va a ser limpiado o purificado, el liquido lavador, que sirve a disolver las impurezas, y el componente gaseoso a separar. La absorcion puede ser fisica o quimica, segun el gas que se disuelva en el liquido absorbente o reaccione con el dando un nuevo compuesto quimico.La velocidad de flujo del aceite limpio es y entra por la parte superior de la columna. El gas rico o gas humedo (el cual contiene las impurezas) entra por el fondo de la columna a una temperatura igual o por encima de su punto de rocio y a la presion de la columna, pero generalmente por debajo de la temperatura promedio de operacion de esta.Las columnas de absorcion no necesitan ni condensador ni caldera. Un diseno muy utilizado consiste en emplear columnas vacias en las que el liquido entra a presion por un sistema de ducha ubicado en la parte superior, haciendo que el mismo se pulverice, mientras que el gas rico circula en sentido contrario.En la industria, se utilizan torres de absorcion principalmente para la remocion de gases acidos (e.g. H2S, CO2, SO2) que son emitidos por procesos de combustion o que son generados en el procesamiento de hidrocarburos liquidos y gaseosos. Para limpiar los gases de un horno de coque, por ejemplo, se emplea como liquido absorbente agua para eliminar vapores de amoniaco y se utilizan aceites para remover vapores de benceno y tolueno.

Ref: Apuntes de Procesos Quimicos para Ingenieria de Sistemas Claudia S. Gomez QuinteroLuz Andrea Garca Zapata.Absorcin.La absorcin se utiliza para eliminar uno o varios componentes de una corriente gaseosa utilizando un disolvente.La absorcin puede perseguir diversos objetivos:1. Recuperar un componente gaseoso deseado.2. Eliminar un componente gaseoso no deseado.Se puede tratar, por ejemplo, de la eliminacin de una sustancia nociva de una corriente de gases residuales. Obtencin de un lquido; un ejemplo sera la produccin de cido clorhdrico por absorcin de HCl gaseoso en agua. En la absorcin participan por lo menos tres sustancias: el componente gaseoso a separar (absorbato), el gas portador y el disolvente (absorbente).Segn la naturaleza del componente gaseoso a separar, tiene que emplearse un disolvente que disuelva selectivamente dicho componente. En este caso, selectivamente significa que el disolvente absorbe principalmente el o los componentes a separar, y no el gas portador. Presiones elevadas y temperaturas bajas favorecen la absorcin. Dependiendo del tipo del disolvente, el gas se absorbe por disolucin fsica (absorcin fsica) o por reaccin qumica (absorcin qumica). Para separar los componentes gaseosos del disolvente, la etapa de absorcin va seguida, en la mayora de los casos, de una etapa de desorcin para regenerar el disolvente. En la etapa de desorcin se reduce, por efecto de temperaturas elevadas o presiones bajas, la solubilidad de los gases en el disolvente, eliminndolos del mismo. Por tanto, se puede reutilizar el disolvente, que se devuelve al circuito.Gmez Navarro Abraham.

ABSORCINLaabsorcines una operacin qumica que trata la separacin de los componentes que conforman una mezcla gaseosa, ayudndose de un solvente en estado lquido, con el que conseguir formar una solucin. El proceso incluye: Una difusin molecular o un paso de masa del soluto a travs del gas.

Para calcular la concentracin de unsolutode dos fases que se encuentren en equilibrio se necesitan una serie de datos experimentales del equilibrio. Cuando ambas fases no se encuentran en equilibrio, la velocidad de traspaso de la masa es proporcional a la fuerza que las impulsa, la cual es la desviacin que respecta con el equilibrio. Las variables que son de importancia y que afectan al equilibrio en un soluto son la temperatura, la concentracin y tambin la presin. El equilibrio que tiene lugar entre dos fases se rige por la regla de fases, dada por la igualdad:F= C P + 2, de donde la P hace referencia al nmero de fases que se encuentran en equilibrio, la C es igual al nmero de componentes que hay en las dos fases en total, y la F, sera el nmero de variantes del sistema. En un equilibrio entre un lquido y un gas, existirn 2 componentes, as como tambin dos fases, por lo cual al sustituir los valores en la igualdad nos dara: F= 2-2+2= 2. As se dice que el equilibrio tiene 2 grados de libertad.

Es importante tener una buena eleccin del disolvente que participar en la absorcin. Si con la absorcin queremos obtener una solucin especfica, el disolvente que debemos utilizar viene indicado por la naturaleza del producto. Si en cambio el propsito principal es eliminar alguno de los componentes que constituyen el gas, por lo general existir una amplia eleccin. Claramente el agua es el disolvente con menor precio y tambin el ms completo, aunque se debe dar importancia a propiedades como:

La solubilidad del gas: la solubilidad del gas tiene que ser alta, con la intencin de as poder aumentar la velocidad de la absorcin, bajando la cantidad necesaria del disolvente. Por lo general los disolventes que tienen una naturaleza parecida a la del soluto en cuestin que va a ser absorbido, presentarn una muy buena solubilidad.La volatilidad:Los disolventes deben poseer una baja presin de vapor, pues as el gas que sale es una operacin de absorcin donde suele estar saturado con el disolvente y por lo tanto se puede ver perdida gran cantidad. Tambin se puede usar un lquido poco voltil para poder conseguir de nuevo la parte que se ha evaporado del primer disolvente.Se debe tener en cuenta lacorrosin, y no utilizar materiales costosos para la construccin del equipo a utilizar.El costo:el disolvente que utilicemos debe ser poco costoso, porque por lo general perdemos gran parte del disolvente en el proceso, y as no realizaremos prdidas costosas de disolvente.Viscosidad:generalmente se utiliza ms la baja viscosidad debido a que dan ms rapidez a la absorcin.Miscelneos: El disolvente de ser posible no debe ser txico, as como tampoco debe ser inflamable, ni inestable qumicamente hablando. Es importante tambin que el punto de congelacin sea bajo.

A menudo los procesos de absorcin en las industrias van ligados a una reaccin qumica. Es muy abundante la reaccin entre el lquido del componente que se absorbe y del reactivo del lquido que acta como absorbente. Se dan casos en los que tanto el reactivo como el producto son solubles, como por ejemplo el caso de la absorcin del dixido de carbono en una solucin de etanolaminas. En cambio, los gases que contienen dixido de azufre (los gases de las calderas), se pueden entrar en contacto con la piedra caliza formando un insoluble sulfito de calcio. Las reacciones entre el absorbido soluto y un reactivo pueden provocar dos hechos principales y favorables de absorcin. Por una parte la destruccin del soluto que se absorbe cuando se forma un compuesto disminuye la presin parcial del equilibrio con respecto al soluto, y por lo tanto se alza la diferencia entre las concentraciones del gas y la interfase, haciendo que aumente la velocidad de absorcin. Por otra parte, influye en el coeficiente de transferencia en la masa que forma la fase, cosa que tambin ayuda a aumentar la rapidez de absorcin. Estos hechos experimentalmente no se han comprobado mucho pero tericamente se han analizado bastante.

FRANCO MUOZ OSMAR

ABSORCIN DE GASESLa absorcin de gases es una operacin bsica de la ingeniera qumica, que estudia la separacin de uno o varios componentes de una mezcla gaseosa por disolucin en un lquido.Por tanto, en esta operacin se efecta el transporte de materia del componente o componentes de la fase gaseosa solubles en el lquido absorbente, desde la fase gaseosa a la lquida.El gas conteniendo el componente a absorber se introduce por la parte inferior y atraviesa el relleno, consistente en un lecho de partculas de un determinado tamao, forma, y material. Al mismo tiempo, se introduce la corriente de disolvente por la parte superior y cae por gravedad, lamiendo la superficie externa de las partculas del relleno. Esto crea, por un lado, una amplia superficie de interface y, por otro, un contacto intenso y turbulento entre ambas fase.Nosotros consideremos solamente el caso ms sencillo en que la fase gaseosa contenga tan solo un componente soluble en la fase lquida y que, en las condiciones de operacin, el lquido absorbente tenga una tensin de vapor muy pequea, que supondremos despreciable a no ser que se indique lo contrario.Cuando un gas absorbido en un lquido se separa de aquel por medio de otro gas (no soluble en el lquido), la operacin se denomina desorcin o stripping, siendo opuesta a la absorcin en cuanto a que representa transporte de materia desde la fase liquida a la fase gaseosa.

TREJO ZARATE ERICK SAMUELDiagrama de Proceso

Clculos Tericos

Usando la grfica de EckertCon la siguiente ecuacin vamos a leer x

A las siguientes condiciones de operacinT=25C (298 K)P= 1 atm Cd de Mxico (585 mmHg)

Leemos el valor con la grfica y despejamos G

MEDIDOR DE AIRE

MEDIDOR DE AGUA

100% Rotametro --------------- 2.1 Lt/min46% ------------------------- 0.96MEDIDOR DE AMONIACO

Al 100%Pf= 760 mmHgTf= 21.1 C =294.25 KQ=65.9 Lt/min ------------------- 100% Rotmetro

Se alimenta de amoniaco el GA1

100% ---------------------- 65.912.5%........................... 8.23Condiciones de OperacinPara el agua

Max80%

Agua calc46%

Para el aire

Max50 cmH2O

Aire calc38.9 cm H2O

Para el amoniaco

Max20% (se recomienda operar en 15%)

Amoniaco calc. 12.5%

Mtodo de operacin1. Verificar que la columna se encuentre vaca, en caso contrario drenarlo con las vlvulas de descarga.1. Revisar que las vlvulas se encuentren cerradas, excepto la del domo de la columna.1. Llenar con agua el tanque.1. Abrir la vlvula de recirculacin de descarga de bomba hacia tanque.1. Alimentar agua con la vlvula desde el fondo y ajustar a 46% el rotmetro.1. Esperar 5 minutos.1. Abrir vlvula de venteo de aire a la atmsfera y drenar agua con V20.1. Encender motor de aire.1. Abrir la vlvula V22 y regular los niveles a 38.9 cm H2O.1. Esperar 5 minutos.1. Abrir vlvula del tanque de almacenamiento general de amoniaco.1. Regular presin a 1 kg/cm2 man con vlvula V29.1. Regular vlvula V30 a 12.5% del rotmetro.1. Esperar 5 minutos.1. El equipo debe permanecer constante en sus variables por 10 min.1. Tomar 3 muestras de concentracin de la fase liquida de, la torre (x1) con intervalos de 5 minutos entre cada una.***1. Cerrar la vlvula general de amoniaco.1. Cerrar en orden las anteriores vlvulas abiertas.1. Apagar motor del soplador de aire.1. Dejar circular agua durante 5 minutos.1. Apagar motor de bomba y cerrar vlvulas de agua.1. Neutralizar con HCL diluido la solucin de amoniaco y descargar el tanque.Comparamos los valores de la experimentacin con los tericos. Si los valores de las concentraciones en el laboratorio, son similares se realiza un promedio de los 3.

Tabla de datos experimentalesFrascoTiempo(min)Vol NaOH(ml)

152.8

2101.3

3151.6

Para el caso de la toma de datos de recirculado se us un volumen de 13ml para la titulacin.Clculos posteriores a la experimentacinNH4OH+HCl --- NH4Cl+H2O+HClexcesoHClexceso+NaOH --- H2O+NaClNH3+H2O --- NH4OHe-HClExceso= e-HClreaccin+ e-HClexcesoe-HClreaccin= e-HClExceso- e-HClexcesoe-NH3=(VTotal*N)HCl-(V*N)HCltitulacinConcentracin.e-NH3=(30*N)HCl-(V*N)HCltitulacin e-NH3=(Vt-Vmuestra)NNaOH*Peqw=(30-1.9)NNaOH*Peqw=(30-1.9)1*1.17w=32.877mg (Cantidad de NH3 absorbido)Como dato de productor tenemos que la concentracin de NaOH y HCl respectivamente son:NaOH=HCl=H2O=1Por tanto decimos que en una solucin con igualdad de concentracin deberamos tener la misma cantidad de reactivos para llegar al vire por su respectiva acidas y pasividad.0.0364HCl->0.0364NaOH si se tiene 4 de NaOH entonces tenemos una diferencia de concentracin de 3.9636mayor NaOH que HCl

(VNaOH.MNaOH - VHCl.MHCl)/ VNH3 =MNH3MNH3=((2.8ml*4)-(15ml*0.03646) )/15 mlMNH3=0.7102 ml NH3/ml H2OMNH3=((1.3ml*4)-(15ml*0.0364) )/15 mlMNH3=0.3102ml NH3/ml H2OMNH3=((1.6ml*4)-(15ml*0.0364) )/15 mlMNH3=0.3903ml NH3/ml H2O

En solucin la diferencia ser la concentracin del HN3 dado que la pureza del agua es 100%Observaciones:Durante la experimentacin se encontraron concentraciones grandes de NH3 en nuestra solucin debido a que probablemente nuestra alimentacin no estaba del todo correcta. Adems de que en la corriente de circulado, luego de tener el equipo operando en estable y continuo encontramos una cantidad considerable en una corriente que se supone debera estar pura.

Conclusiones:En las concentraciones que se obtienen al final no son tan distintas a las esperadas desde la teora, se comprueba que es posible la absorcin a condiciones de operacin ambientales siempre y cuando la alimentacin se ajuste a las propiedades de las corrientes a separar, luego de titularlas y obtener un promedio del gasto del titula te se comprob que estaba sucediendo la absorcin del amoniaco aunque tambin puede ser posible detectarse por los olores percib les durante la experimentacin, este proceso es til en plantas donde no se cuente con un generador de vapor o se requiera de una columna que no tenga intercambiados de calor.Luz Andrea Garca Zapata.

Conclusiones.Con respecto a las concentraciones obtenidas tanto del agua de alimentacin, y el agua obtenida de la adsorcin del amoniaco, nos percatamos que la adsorcin del proceso no fue lo realmente eficiente ya que como se observan en los clculos, las concentraciones de amoniaco con agua no son muy altas, tambin el agua de alimentacin no estaba completamente limpia de impurezas.Otro de los factores principales de la operacin se debe a los clculos realizados de la alimentacin de aire y agua, la alimentacin de aire pudo no ser la correcta y darnos una experimentacin un poco fallida. El proceso tambin no pudo llevarse algunas mediciones de presin debido a que las vlvulas y el diferencial de medicin tenan fallas.El proceso experimentado en laboratorio su tiene una funcin de absorcin y funciona, no funciona al 100% debido a errores en experimentaciones anteriores o debido a la mala experimentacin nuestra, pero si se puede apreciar a grandes rasgos el funcionamiento correcto de este y el principio bsico de la adsorcin.ComentariosLas fallas en la experimentacin pueden ser factores que son ocasionados por la mala experimentacin o fallas debidos a las antiguas experimentaciones.La alimentacin del aire no puede ser buena y puede que no haya una buena adsorcin.Se debe tener en cuenta el buen manejo de esta columna y su funcionamiento bsico.El tanque donde se almacena el agua con amoniaco debera contar con una tapa.A veces el olor amoniaco puede ser muy fuerte y penetrante hasta irritar a los operadores del equipo. Gmez Navarro Abraham.

OBSERVACIONESSi se hubiere requerido una mayor precisin para la medicin de las concentraciones obtenidas por nuestro sistema se tendran que haber realizado lecturas en un espectrofotmetro para determinarlas.El manmetro que indica la alimentacin del aire no se encontraba bien calibradoCONCLUSIONESEl agua utilizada (gasto medido con rotmetro), fue el adecuado para llevar acabo la absorcinSegn la coloracin de la disolucin filtrada dada con un indicador, ya se poda obtener una idea aproximada de las propiedades adsorbentes de nuestro sistema de absorcin, esto mediante la medicin de la absorbancia de cada disolucin se ha podido determinar la concentracin de colorante en cada una.Con respecto en la toma de diferentes muestras de agua del sistema en operacin, dada la concentracin que presentaban de amoniaco en el agua, despus de 5min tomadas cada una respectivamente este iba siendo menor.TREJO ZARATE ERICK SAMUEL

Bibliografa Metrologa Aseguramiento Metrolgico industrial tomo II. Jaime Restrepo Daz. Edicin Textos Acadmicos. 2002. 1200 paginas

Instrumentacion y Control Bsicos de Procesos Acedo Snchez Jos. Ediciones Daz de Santos, S. A 2006. 532 paginas