Absorcion-2

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TEMA 4. ABSORCIÓN 
4.1. Fundamento
TEMA 4. ABSORCIÓN
ÍNDICE
4.2. Equipos
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
4.1. Fundamento
TEMA 4. ABSORCIÓN
ABSORCIÓN:
• Operación de separación en la que una o más sustancias de una mezcla gaseosa se
eliminan por contacto con un líquido adecuado.eliminan por contacto con un líquido adecuado.
• Segunda operación de separación más frecuente (tras rectificación)
• Operación controlada por la difusión
• Ejemplos:
� Lavado de gases de coquización con agua (absorción de NH3)
� Lavado de HCs gaseosos con soluciones alcalinas (absorción de H2S)
� Eliminación de acetona en mezclas acetona/aire por absorción en agua� Eliminación de acetona en mezclas acetona/aire por absorción en agua
• Transferencia de materia desde la fase L a G: desabsorción o stripping
• Tipos:
o Con Reacción Química: SH2-gas natural con soluciones alcalinas
o Sin Reacción Química: Acetona-aire con agua
REQUISITOS DEL DISOLVENTE:
• Elevada solubilidad del soluto/s a separar.
• Baja volatilidad
4.1. Fundamento
TEMA 4. ABSORCIÓN
• Baja volatilidad
• Bajo coste
• Baja viscosidad
• No corrosivo Baja toxicidad
• Baja reactividad
• Bajo punto de congelación
• Torres de relleno
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
• Torres de relleno
Requisitos del relleno
• Proporcionar un gran área superficial
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
• Facilitar la distribución uniforme del líquido sobre su superficie
• Tener una estructura abierta
• Facilitar el paso uniforme del vapor a través de toda la sección de la
columna
• Ser químicamente inerte frente a los fluidos de la torre
• Ser mecánicamente resistente, sin tener un peso excesivo
• Tener un coste razonable
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
Imagen de dos distribuidores
• Torres de pisos
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
- Condiciones que favorecen las columnas de relleno:
1. Columnas de pequeño diámetro (D <0,6 m � el relleno es más económico)
2. Medios corrosivos
4.2. Equipos 
TEMA 4. ABSORCIÓN
3. Destilaciones críticas a vacío, donde son imprescindibles caídas de presión bajas
4. Bajas retenciones de líquido (si el material es térmicamente inestable)
5. Líquidos que forman espuma (debido a que en columnas de relleno la agitación es menor)
- Condiciones que favorecen las columnas de pisos:
1. Cargas variables de líquido y/o vapor
2. Presiones superiores a la atmosférica
3. Bajas velocidades de líquido3. Bajas velocidades de líquido
4. Gran número de etapas y/o diámetro
5. Elevados tiempos de residencia del líquido
6. Posible ensuciamiento (las columnas de platos son más fáciles de limpiar)
7. Esfuerzos térmicos o mecánicos (que pueden provocar la rotura del relleno)
8. Es más fácil colocar serpentines de refrigeración (en caso necesario)
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
La dirección de la transferencia de materia a través de la interfase NO depende 
de la diferencia de concentraciones entre las fases 
Depende de:
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
• Relaciones de equilibrio
• Diferencia de concentraciones de las fases respecto al equilibrio 
Depende de:
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
Gases como O2, SH2, CO2, NH3 a presiones moderadas cumplen la Ley de Henry 
Caso A: Solutos muy solubles en la fase líquida ⇒⇒⇒⇒ Resistencia de la fase gaseosa controlante
gas líquidodA
∞→ll Kk , ∞→−
l
k
klioi
k
k
cc
pp −=
−
−
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
ce
co = c
po = pe
p
∞→ll Kk , ∞→−
gkgioi kcc
−=
−
Caso B: Solutos poco solubles en la fase líquida ⇒⇒⇒⇒ Resistencia de la fase líquida controlante
gas líquidodA
∞→gg Kk , 0≈−
l
k
klioi kpp −=
−
−
4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo
TEMA 4. ABSORCIÓN
c
ce = co
p = po
pe
∞→gg Kk , 0≈−
gkgioi kcc
−=
−
c
V’, L’: Caudales molares de las corrientes gas y
líquido, respectivamente, en base libre de
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
líquido, respectivamente, en base libre de
soluto
Y, X: Razones molares de soluto de las corrientes gas
y líquido, respectivamente, en base libre de
soluto
xc ( )c ∴
−
=
−
=
i
i
it
i
i x
x
cc
c
X
1
∴
−
=
−Π
=
i
i
i
i
i y
y
p
p
Y
1
( )i
it
i XL
cc
c
LL +⋅=





−
+⋅= 1'1'
( )i
i
i YV
c
p
VV +⋅=





−Π
+⋅= 1'1'
[4.7]
[4.8]
[4.9]
[4.10]
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
Balance de soluto en dh:
( )dXXLYVXLdYyV +⋅+⋅=⋅++⋅ ''')(' ( )dXXLYVXLdYyV +⋅+⋅=⋅++⋅ ''')('
dXLdYV ⋅−=⋅− '' [4.11]
[4.12]
( ) ( ) dccc
c
Ldp
p
V
t
t
22 '' −
−=
−Π
Π−
[4.7] [4.8]
( ) ( )ccp t −−Π
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
Integrando entre los límites que abarque el relleno:
( ) 




 −+=∴−⋅=−⋅ 2222 '
'
'
'
 ')(' X
V
L
YX
V
L
YXXLYYV[4.11] [4.13]
 ')('
2
2
2
2






−
−
−
⋅=
−Π
−
−Π
⋅
cc
c
cc
c
L
p
p
p
p
V
tt
[4.12] [4.14]
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
A partir de [4.1] y [4.12], y teniendo en cuenta que :
[4.15]dhSadA ⋅⋅=
Siendo “a” la superficie de contacto entre las dos fases por unidad de volumen de relleno
( ) ( )∫ −−Π⋅
⋅Π=
1
2
2
'
p
p ioiig
i
pppak
dp
S
V
h
Siendo “a” la superficie de contacto entre las dos fases por unidad de volumen de relleno
Mediante integración entre los límites de la columna:
[4.16]
( )
∫
−





−⋅⋅
=
1
2
2
1
'
c
c
iio
t
i
tl
i
cc
c
c
cak
dc
S
L
h [4.18]
( ) ( )∫ −−Π⋅
⋅Π=
1
2
2
'
p
p ieiiG
i
pppaK
dp
S
V
h [4.17] ( )
∫
−





−⋅⋅
=
1
2
2
1
'
c
c
iie
t
i
tL
i
cc
c
c
caK
dc
S
L
h
[4.19]
NOTA: los coeficientes no salen de las integrales porque no son constantes
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
Simplificaciones:
• Coeficientes individuales: suelen considerarse constantes
• Coeficientes globales: dependen de la composición
Simplificaciones:
• Una de las dos fases es controlante
• Se cumple la ley de Henry
Coeficientes globales 
KL y KG constantes:
Teniendo en cuenta las expresiones [4.7] y [4.8], las ecuaciones [4.16] a [4.19] en función
de las razones molares:
( )( )'L( )( )
( )∫ −
++
Π⋅⋅
=
1
2
11'
Y
Y o
o
g YY
dYYY
ak
S
V
h
( )( )
( )∫ −
++
Π⋅⋅
=
1
2
11'
Y
Y e
e
G YY
dYYY
aK
S
V
h
( )( )
∫ −
++
⋅⋅
=
1
2
11'
X
X o
o
tl XX
dXXX
cak
S
L
h
( )( )
∫ −
++
⋅⋅
=
1
2
11'
X
X e
e
tL XX
dXXX
caK
S
L
h
[4.20]
[4.21]
[4.22]
[4.23]
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
Mezclas diluidas:
• Concentraciones de soluto < 15%
• La presión parcial del gas portador permanece constante y casi coincidente con
y
p
p
p
Y =
Π
≅
−Π
= [4.24] [4.26]
• La presión parcial del gas portador permanece constante y casi coincidente con
la presión total.
• Los coeficientes individuales de transferencia de material son casi constantes a lo
largo de la columna.
• La concentración de soluto es suficientemente reducida para que se cumpla:
( ) '1' VYVV ≅+=
p Π−Π
[4.25] [4.27]x
c
c
cc
c
X
tt
=≅
−
= ( ) '1' LXLL ≅+=
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
[4.29]
Mezclas diluidas:
∫=
1' Y dYS
V
h ∫=
1' X dXS
L
h[4.28] [4.29]∫ −Π⋅⋅
=
2Y og
YYak
Sh ∫ −⋅⋅
=
2X Otl
XXcak
Sh[4.28]
Simplificaciones (I):
• Una de las dos fases es controlante
• Se cumple la ley de Henry
∫ −Π⋅⋅
=
1
2
' Y
Y eG YY
dY
aK
S
V
h ∫ −⋅⋅
=
1
2
' X
X etL XX
dX
caK
S
L
h[4.30] [4.31]
4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente
TEMA 4. ABSORCIÓN
Mezclas diluidas:
Simplificaciones(II):
• Los datos de equilibrio se ajustan a una recta• Los datos de equilibrio se ajustan a una recta
[4.29]
∫ −Π⋅⋅
=
1
2
' Y
Y og YY
dY
ak
S
V
h
∫=
1' X dXS
L
h
[4.28]
( )mlo
Y
Y o YY
YY
YY
dY
−
−=
−∫
21
1
2
( )
X
XX
XX
XX
dX
−
−=
−∫
21
1
[4.29]∫ −⋅⋅
=
2X Otl
XX
dX
cak
Sh ( )mloX o XXXX −
=
−∫
2
( ) ( ) ( )






−
−
−−−=−
022
011
022011
XX
XX
Ln
XXXX
XX mlo( ) ( ) ( )






−
−
−−−=−
022
011
022011
YY
YY
Ln
YYYY
YY mlo
Bibliografía
TEMA 4. ABSORCIÓN
• Operaciones de Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería Química. E.J. 
Henley y J.D. Seader. Editorial Reverté. Barcelona, 1988. ISBN: 8429179089
• Mass-Transfer Operations. R.E. Treybal. Editorial McGraw-Hill. 1981.ISBN: • Mass-Transfer Operations. R.E. Treybal. Editorial McGraw-Hill. 1981.ISBN: 
0070666156
• Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. McCabe, Warren L. McGraw Hill. 
2007. ISBN: 9789701061749.
• Operaciones de Separación en Ingeniería Química. Métodos de Cálculo. P. J. 
Martínez de la Cuesta, E. Rus Martínez. Editorial Pearson Educación. España 
2004. ISBN: 84205425042004. ISBN: 8420542504