Unidad II Absorción

Vista previa del material en texto

Operaciones Unitarias II 
2017 
Unidad temática II 
ABSORCION 
Natalia Polich / Marcos Maiocchi 
1 
FUNDAMENTOS DE LA OPERACION 
•Separación de uno o más componentes de una mezcla de 
gases por absorción en un líquido adecuado. 
•Está controlada en gran parte por la velocidad de difusión de 
los diferentes gases soluto (que se transfieren) en la fase 
líquida. 
•Gran utilidad en procesos de depuración de gases. 
•Absorción / desorción, también llamado desabsorción o 
stripping. 
•Los procesos de absorción de gases en líquido pueden 
tratarse como un proceso físico, sin que la reacción química 
tenga ningún efecto apreciable. 
• Sin embargo, a veces también existe un proceso químico en 
el que una reacción química ejerce una influencia sobre la 
velocidad real de absorción. 
 
 2 
Etapas en el diseño 
 
• Selección del disolvente 
• Obtención de datos de equilibrio 
• Balance de materias 
• Balance de energía 
• Elección del relleno 
• Cálculo del diámetro de la columna 
• Cálculo de la altura de la columna 
3 
Selección del disolvente 
• Líquidos con altas solubilidades del soluto. 
• No corrosivo, estable. 
• Económico. 
• Baja presión de vapor. 
• Baja viscosidad 
• No espumante. 
• No inflamable. 
• Por lo general, se utiliza agua para los gases 
bastante solubles en agua, aceites para los 
hidrocarburos ligeros y disolventes químicos 
especiales para los gases ácidos, como por 
ejemplo: CO2, SO2 y H2S. 
 
4 
Obtención de los 
datos de equilibrio 
 
• Los datos de equilibrio más confiables son los 
obtenidos experimentalmente en laboratorio o 
en planta piloto para la mezcla a tratar (corriente 
gaseosa problema) ya que resultan específicos. 
 
• La alternativa a la vía anterior es la obtención de 
datos de equilibrio en bibliografía, ya sean 
manuales, revistas especializadas en ingeniería 
química, tablas, etc. 
5 
Balance de materias 
• Caudales molares  Vgas , Llíq 
• Flujos molares  GMy , GMx 
• Fracciones molares  y , x 
• Caudales molares de inertes  V´ , L´ 
• Fracciones molares en 
base libre de soluto  Y , X 
• Caudales másicos  Vy , Lx 
• Flujos másicos  Gy , Gx 
6 
Relación gas - líquido limitante 
• La ecuación de la recta de operación indica que la pendiente media 
de la línea de operación es L'/V' relación entre los caudales o flujos 
molares del líquido y el gas. 
• Para un flujo de gas dado, una reducción del flujo de líquido da 
lugar a una disminución de la pendiente de la recta de operación. 
• Si se supone que tanto la velocidad del gas como las 
concentraciones extremas Xa, Ya e Yb se mantienen constantes 
mientras que el flujo de líquido L' va disminuyendo, el extremo 
superior de la recta de operación se desplaza en la dirección de la 
curva de equilibrio y Xb la concentración del líquido concentrado 
aumenta. 
• La máxima concentración del líquido absorbente y la mínima 
velocidad de flujo del líquido posible se obtienen cuando la recta de 
operación justamente corta a la curva de equilibrio, es decir, cuando 
Xb es igual a (Xb)e 
 
7 
Elección del relleno 
Disposición: Cargado al azar / ordenado. 
 
Dimensiones: 
• Al azar unidades de 1/4 a 3”, rellenos inferiores a 1” se 
utilizan fundamentalmente en columnas de laboratorio o de 
planta piloto. 
• Relleno ordenado tamaños comprendidos entre 2 y 8”. 
 
Requerimientos: 
 Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre. 
 Resistente mecánicamente ( peso específico) 
 Ofrecer pasos adecuados para ambas corrientes sin 
excesiva retención de líquido o caída de presión. 
 Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas. 
 Tener un coste razonable. 
8 
Elección del relleno 
Materiales: 
 Arcilla, porcelana, grafito o diferentes plásticos, 
anillos metálicos de pared delgada de acero C, 
Inoxidable y Al. 
 
Porosidad y paso de los fluidos: 
 Son deseables unidades de relleno que den lugar 
a estructuras abiertas con una porosidad de 60 a 
95 %. 
 
Consideraciones importantes: 
• Máximo caudal de humectación posible. 
• Velocidad del gas que garantice limitar P. 
• La relación D / L > 8. 
9 
Caracterización del empacado 
• Material 
• Dimensiones 
• Densidad media global 
• Área media/unidad de volumen de la torre 
• Porosidad 
10 
Características de los empaques para torres 
11 
Accesorios 
12 
Cálculo del diámetro de la 
columna 
• El cálculo del diámetro de la torre, lleva aparejado 
la estimación de la pérdida de carga a través del 
lecho relleno. 
• Con la denominación de velocidad de inundación, 
se conoce al flujo de gas capaz de provocar la 
detención del líquido en descenso- Estrictamente 
se trata de un intervalo de flujos. 
• El punto en el que se observa un cambio en la 
pendiente en la representación caída de presión 
versus flujo másico de gas se conoce como punto 
de carga. 
13 
14 
15 
Cálculo de la altura de la columna 
 
Métodos que desarrollaremos 
• Coeficientes individuales o Triángulos xy 
• Coeficientes globales 
• Unidades de transferencia 
16 
Coeficientes individuales o Triángulos xy 
 dAyy
k
dN i
y
A 

 dAxxkdN ixA  
 
   yVddAyy
k
i
y


dzSadA 
 
  y
dy
V
y
dy
V
y
y
dVyVd











11
'
1
'
2
 
y
dy
G
y
dy
S
Vdzyyak
My
iy





11














 i
y
x
i
y
x x
ak
ak
yx
ak
ak
y

17 
   TMy
y
Z
My
y
yb
ya i
z
G
ak
dz
G
ak
yyy
dy








 








 




0
1

   TMx
x
Z
Mx
x
xb
xa i
z
G
ak
dz
G
ak
xxx
dx







 







 




0
1
18 
Coeficientes globales 
  VdydAyyKdN yA  *   LdxdAxxKdN xA  *
   TMy
y
Z
My
y
yb
ya
z
G
aK
dz
G
aK
yyy
dy








 








 

 
0
*1
   TMx
x
Z
Mx
x
xb
xa
z
G
aK
dz
G
aK
xxx
dx







 







 




0
*1
amKamkakaK yyxx
1111

ak
m
akaK xyy

11
signo 
19 
Altura de la Unidad de 
transferencia 
HNz tT  20 
EJEMPLOS 
 Proceso de obtención de CO2 
 Carbonatación de bebidas 
 Reducción de olores / emisiones. 
 Ciclo de absorción de NH3. 
 Scrubbers 
 
 
 
 
21 
Simulación 
22 
23 
24 
Absorción en sistemas diluidos 
0 
y 
x 
𝑁𝑂𝑦 =
𝑦𝑏 − 𝑦𝑎
𝑦 − 𝑦∗
 𝑁𝑂𝑦 =
𝑦𝑏 − 𝑦𝑏
∗ − 𝑦𝑎 − 𝑦𝑎
∗
ln
𝑦𝑏 − 𝑦𝑏
∗
𝑦𝑎 − 𝑦𝑎
∗
 
0 
y 
x 
𝑦1 = 
𝑦2 + 𝐿/𝐺. 𝑥0
1 +
𝐿
𝐺𝐻
= 
𝑦2 + 𝐴.𝐻. 𝑥0
1 + 𝐴
 
𝑦2 = 
𝑦3 + 𝐴.𝐻. 𝑥1
1 + 𝐴
= 
𝑦3 + 𝐴. 𝑦1
1 + 𝐴
 
𝑦2 = 
𝑦3. (1 + 𝐴) +𝐴
2 𝐻𝑥0
𝐴2 + 𝐴 + 1
 
𝑦2 = 
(𝐴2−1)𝑦3 + (𝐴 − 1). 𝐴
2𝐻𝑥0
𝐴3 − 1
 
 
 
 
 
1 
2 
Desorción: 
𝑥0 − 𝑥𝑛
𝑥0 − 𝑦𝑛+1/𝐻
=
1
𝐴
𝑛+1
−
1
𝐴
1
𝐴
𝑛+1
− 1
 
 
𝑦𝑛 = 
(𝐴
𝑛
− 1)𝑦𝑛+1 + (𝐴 − 1). 𝐴
𝑛𝐻𝑥0
𝐴𝑛+1 − 1
 
𝑦2 = 
(𝐴
2
− 1)𝑦3 + (𝐴 − 1). 𝐴
2𝐻𝑥0
𝐴3 − 1
 
𝑦𝑛+1 − 𝑦1
𝑦𝑛+1 − 𝐻𝑥0
=
𝐴𝑛+1 − 𝐴
𝐴𝑛+1 − 1
 
𝑛 =
𝑙𝑜𝑔
𝑦𝑛+1 − 𝐻𝑥0
𝑦1 − 𝐻𝑥0
𝐴 − 1
𝐴
+
1
𝐴
𝑙𝑜𝑔𝐴
 
0 
y 
x 
DESORCION / STRIPPING 
xb xa 
𝑧𝑇 = 𝐻𝑂𝑥. 𝑁𝑂𝑥 𝑧𝑇 = 𝐻𝑂𝑥 
𝑑𝑥
𝑥∗ − 𝑥
𝑥𝑎
𝑥𝑏
 𝐻𝑂𝑥 = 𝐻𝑥 +
𝐿𝑀
𝐻𝐺𝑀
𝐻𝑦 
30 
STRIPPER 
Temperatura de salida 104°C 
Vacío 450mm Hg 
Tipo cascada 
DisK and Donnuts o platos 
perforados 
Algunas aplicaciones 
31 
STRIPPER DE VAPOR DIRECTO 
aceite aceite 
Miscela 
ingreso 
Miscela 
salida 
Aproximadamente evapora 1% del solvente 
con arrastre por vapor 
2% 
solvente 
0.02% 
solvente 
Composición de miscela ingreso es 
de 97-98% aceite y 3-2% solvente 
Composición de miscela salida es 
de 99.98% aceite y 0.02% solvente 
32 
SEPARADOR FINAL 
DE ALTO VACIO 
Temperatura de salida 105°C 
Vacío 710mm Hg 
33 
SISTEMADE ABSORCION CON ACEITE MINERAL 
El aire del condensador 
Atmosférico contiene un 
50% de solvente 
Este solvente es absorbido 
 por el MOS dejando solo entre 
 10 y 20 g/m3 de hexano x m3 
de aire de salida 
34 
STRIPPER DE ACEITE MINERAL 
El aceite mineral de la 
absorbedora contiene 
entre 3 y 6% de solvente 
Después del stripper 
el contenido de solvente 
 disminuye hasta 0.1/0.2% 
operando bajo vacío. 
35 
DESODORIZACION 
OBJETIVO PRINCIPAL 
obtener un producto final de calidad consistente 
vapor de inyección, tiempo de residencia, temperatura, presión 
FUNCION DE STRIPPING 
remoción de compuestos volátiles 
 
 
recuperación de tocoferoles ( calidad de AGD) 
física vs química 
temperatura y presión 
36 
EFECTO DE LA TEMPERATURA Y PRESION SOBRE 
EL STRIPPING (DESPOJADO) DE AGL EN 
DESODORIZACION DE SFO 
37 
DISEÑO DE DESODORIZADORES 
FLUJO CONTRACORRIENTE (PACK) FLUJO CRUZADO (BANDEJAS) 
AGD 
38 
TIPOS DE DESODORIZADORES 
39 
TIPOS DE DESODORIZADORES 
SEMICONTINUO 
CONTINUO A BANDEJA 
FLUJO CRUZADO 
CONTINUO CONTRACORRIENTE 
TIPO PACK 
40 
PRODUCCION DE VACIO SISTEMA CLASICO 
BIBLIOGRAFIA 
 
Obligatoria o básica: 
• McCabe, Smith & Harriot, 2007 - Operaciones Unitarias en Ingeniería 
Química - Madrid - McGraw Hill. 
• Hinnex, Maddox, 1992. Mass Transfer Fundamental and Aplications 
- Prentice Hall - 
• Treybal R- Operaciones de Transferencia de Masa – 1992. 
• Wankat, P. C. 2008. Ingeniería de Procesos de Separación. Segunda 
Edición. Editorial: PERSON 
 
Complementaria: 
• Murphy, Regina M. 2007. Introducción a los procesos químicos. 
Editorial: Mc Graw-Hill. 
• Henry, J. – Heinke, G. 1999. Ingeniería Ambiental. Segunda Edición. 
Editorial: Prentice Hall, México. 
• Sing, P.; Heldman D1998. Introducción a la Ingeniería en Alimentos- 
Ed Acribia – Zaragoza. 
 
Sitios: 
 www.epa.gov/ttn/catc/dir2/fpackeds.pdf / 
 www.interempresas.net › Química › ExpoQuímica › Plastoquímica, SL 
41 
http://www.epa.gov/ttn/catc/dir2/fpackeds.pdf /
http://www.google.com.ar/url?url=http://www.interempresas.net/Quimica/&rct=j&sa=X&ei=wNJIUKamEYGc9QSq-IEI&ved=0CGAQ6QUoADAJ&q=aplicaciones+de+absorcion+de+gases&usg=AFQjCNHaWsByqsJ3jqzb6prN6o1arHS-rQ
http://www.google.com.ar/url?url=http://www.interempresas.net/Quimica/FeriaVirtual/&rct=j&sa=X&ei=wNJIUKamEYGc9QSq-IEI&ved=0CGEQ6QUoATAJ&q=aplicaciones+de+absorcion+de+gases&usg=AFQjCNET7Lj7914KhRGEKStCfAjF37DZFg
http://www.google.com.ar/url?url=http://www.interempresas.net/Quimica/FeriaVirtual/Presentacion-Plastoquimica-S-L-22528.html&rct=j&sa=X&ei=wNJIUKamEYGc9QSq-IEI&ved=0CGIQ6QUoAjAJ&q=aplicaciones+de+absorcion+de+gases&usg=AFQjCNE5NYyAJvqmW3I4LSQnEPH3qE4UOw