2 Expo Del Grupo 8

 

“UNIVERSIDAD TECNOLÒGICA DE LOS ANDES” ESCUELA PROFESIONAL: INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES TEMA:

PROCESOS DE SEPARACIÓN GAS-LÍQUIDO POR ETAPAS Y CONTINUOS DOCENTE: Ing. Jessica Alvarado Ramos ESTUDIANTES:  

 Yennyfer Gonzales Marcani.

   

Cintia Nuñez Perez. Rivaldo Guerrero Contreras

 

Paúl Anthony Moreano Alarcó

 

Abancay – 2021 INDICE

 

1. INTRODUCCIÓN............. INTRODUCCIÓN...................... .................. .................. .................. ................. ................. .......................................3 ..............................3 2. MARCO TEÓRICO..............................................................................................4 PROCESOS DE SEPARACIÓN GAS-LÍQUIDO POR ETAPAS Y CONTINUOS....4 TIPOS DE PROCESOS DE SEPARACIÓN...... SEPARACIÓN............... .................. ...........................................4 ..................................4 1.  ABSORCIÓN.....  ABSORCIÓN.............. .................. .................. ................. ................. .................. ..................... .........................................4 .............................4 2. DESTILACIÓN.............. DESTILACIÓN....................... ................. ................. .................. .................. .................. .................. ..............................4 .....................4 3. EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO............. LÍQUIDO-LÍQUIDO...................... .................. ....................................... ..................................5 ....5 4. LIXIVIACIÓN....................................................................................................5 5. PROCESAMIENTO CON MEMBRANAS...... MEMBRANAS............... .................. .................. .................. .......................5 ..............5 6. CRISTALIZACIÓN.............. CRISTALIZACIÓN....................... ................. ................. .................. .................. .................. .................................5 ........................5 FACTORES QUE AFECTAN EN LAS SEPARACIONES GAS- LIQUIDO...............6 o

TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS DEL LIQUIDO.... LIQUIDO.........................................6 .....................................6

o

VELOCIDAD DEL GAS................. GAS.......................... .................. ................. ................................... ........................................6 .............6

o

PRESIÓN DE SEPARACIÓN.............. SEPARACIÓN....................... .................. ................. ................. ................................. .........................6 .6 TEMPERATURA DE SEPARACIÓN............... SEPARACIÓN....................... ................. .................. ..................... ......................6 ..........6

o

VISCOSIDAD DEL GAS............... GAS........................ .................. .................. .................. ................. ...............................6 .......................6

o

DENSIDADES DEL LÍQUIDO Y EL GAS....... GAS................ .................. .................. ...............................6 ......................6

o

MECANISMOS DE SEPARACIÓN..................................................................7

o

SEPARACIÓN POR GRAVEDAD............... GRAVEDAD........................ .................. .................. ..................................7 .........................7

o

3. MÉTODOS DE PROCESOS...............................................................................7 4. RELACIONES DE EQUILIBRIO ENTRE FASES........ FASES................ ................. ...............................7 ......................7 1. 2. 3. 4.

REGLA DE LAS FASES Y EQUILIBRIO............. EQUILIBRIO...................... .................. .................. ..........................7 .................7 EQUILIBRIO GAS-LÍQUIDO............................................................................8 DATOS DE EQUILIBRIO GAS-LÍQUIDO...... GAS-LÍQUIDO............... ................. ................. .................................8 ........................8 LEY DE HENRY...............................................................................................9

5. EJERCICIOS.....................................................................................................11 6. CONCLUSION.............. CONCLUSION....................... ................. ................. .................. .................. .................. ........................................14 ...............................14 7. BIBLIOGRAFIA.............. BIBLIOGRAFIA....................... ................. ................. .................. .................. .................. .......................................15 ..............................15

 

1.

INTRODUCCIÓN

Frecuentemente en la industria es necesario separar los componentes de una mezcla en fracciones individuales. Las fracciones pueden diferenciarse entre ntre sí po porr el tama tamaño ño de las pa part rtíícu cula las, s, po porr su es esttado, ado, o po porr su composición química.  Así, por ejemplo, un producto bruto puede purificarse por eliminación de las impurezas que lo contaminan, una mezcla de más de dos componentes, puede separarse en los componentes puros individuales, la corriente que sale de un proceso puede constar de una mezcla del producto y de material no convertido, y es preciso separar y recircular la parte no convertida a la zona de reacción para convertirla de nuevo; también una sustancia valiosa, tal como un material metálico, disperso en un material inerte, es preciso liberarlo liber arlo con el fin de proceder a su beneficio y desechar el material inerte. Se ha han n des desarr arrol olla lado do un gra gran n nú núme mero ro de mé méto todo doss pa para ra re real aliz izar ar ta tale less se sepa parac racio iones nes y algu alguna nass opera operaci cion ones es bá bási sica cass se de dedi dica can n a ello ello.. En la realidad se presentan muchos problemas de separación y el ingeniero debe de elegir el método más conveniente en cada caso. Muchos materiales de procesos químicos, así como sustancias biológicas, se presentan como mezclas de diferentes componentes en fase gaseosa, líquida o sólida. Para separar o extraer uno o más de los componentes de la mezcla original, dicho componente componente se debe poner en contacto contacto con otra fase. Las dos fases se llevan a un contacto más o menos íntimo, de manera que el soluto o los solutos puedan difundirse unos en otros. Por lo general, las dos fases consideradas son parcialmente miscibles entre sí. El par de fases puede ser  gas-líquido, gas-sólido, líquido-líquido, o líquido- sólido. Durante el contacto los componentes componentes de la mezcla original se redist redistribuye ribuyen n entre ambas fases. Después de esto, las fases se separan por cualquier método físico simple. Seleccionando las condiciones y fases apropiadas, una fase se enriquece mientras que la otra se empobrece en uno o más componentes.

 

2.

MARCO TEÓRICO PROCESOS DE SEPARACIÓN GAS-LÍQUIDO POR ETAPAS Y CONTINUOS TIPOS DE PROCESOS DE SEPARACIÓN:

1.

ABSORCIÓN

La absorción de gases es una operación unitaria en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto con un líquido a fin de disol disolver ver de manera selectiva uno o más componentes del gas y obtener una solución de estos en el líqui líquido. do. Esta operación requiere la transferencia transferencia de masa de una sustancia en la corriente gaseosa al líquido. Cuando las dos fases en contacto son un gas y un líquido, la operación unitaria se llama absorción. Un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la líquida. Este proceso implica una difusión molecular turbulent molecular turbulenta a o una transfere transferencia ncia de masa del soluto a través del gas B, que no se difunde y está en reposo, hacia un líquido C, también en reposo. Un ejemplo es la absorción de amoniaco A del aire B por  medio de agua líquida C. En general la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro. Otro Otr o eje ejempl mplo o es la abs absorc orción ión de gases de comb combust ustión ión en sol soluci ucione oness alcalinas. En la hidrogenación de aceites comestibles en la industria alim alimen entitici cia, a, se hac hace e bu burb rbuj ujear ear hidr hidróge ógeno no gase gaseos oso o en el ace aceitite e par para a absorberlo en el mismo; entonces, el hidrógeno en solución reacciona con el ace aceite ite en pre presen sencia cia de un catal cataliza izador. dor. Al proc proceso eso inverso inverso de la absorción se le llama empobrecimiento o desorción, ya él se aplican las mismas teorías y principios Un ejemplo es con vapor de aceites no volátiles, en la cual el vapor se pone en contacto con el aceite y cantidades de componentes volátiles del mismo pasan a la corriente de vapor. Cuando el gas es aire puro y el líquido es agua pura, el proceso se llama “La significa extracción de vapor de agua el aire.”

2.

DESTILACIÓN.

La destilación consiste en el uso consecutivo y controlado de dos proce proceso soss fí físi sico cos: s: la vaporización  vaporización y la condensación condensación,, us usán ándo dollas de manera selectiva para separar los componentes de una mezcla mezcla po  porr lo general de tipo homogéneo.

 

En el proceso de destilación aparecen una fase de vapor volatil y una fase líquida que se vaporiza. Un ej ejemplo emplo es la destilación destilación de una etanol eta nol-ag -agua, ua, don donde de el vapo vaporr con contie tiene ne una con concent centrac ración ión de eta etanol nol mayor que el líquido. Otro ejemplo es la destilación de una solución amon am onia iacoco-ag agua, ua, pa para ra pro produ duci cirr va vapor por más más ric rico o en am amon onía íaco co.. En la desti stilación de pe petr trol oleo eo cr crud udo o se sepa separa ran n vari varias as fr frac acci cion ones es,, como como gasolina, queroseno y aceites para calefacción. Fuente: https://concepto.de/destilacion/#ixzz71mnBeSHC

 

3.

EXTRACCIÓN LÍQUIDO-LÍQUIDO.

La extracción líquido-líquido es un método muy útil para separar componentes de una mezcla. El éxito de este método depende de la diferencia de solubilidad del compuesto a extraer en dos disolventes diferentes. Cuando se agita un compuesto con dos disolventes inmiscibles, el compuesto se distribuye entre los dos disolventes. Cuando las dos fases son y se extrae un soluto solutos de una fase a otra, el proceso se llama extracción, Un ejemplo es la de ácido acético de una solución acuosa por medio de éter isopropíhco. En la industria farmacéutica es muy común extraer antibióticos de una solución acuosa de fermentación usando un disolvente orgánico.

4.

LIXIVIACIÓN

Extracción sólido-líquido, es un proceso en el que un disolvente líquido pasa a través de un sólido pulverizado para que se produzca la elución de uno o más de los componentes solubles del sólido. Difiere poco del lavado o filtrado de sólidos. Si se usa un fluido para extraer un soluto de un sólido, proceso recibe el nombre de lixiviación.  Algunas veces este proceso también se Algunos ejemplos son Ba lixiviación de cobre en minerales sólidos por medio de ácido sulfúrico y Ba de aceites vegetales d harina de por medio de disolventes como hexano. Los aceites vegetales también se de otros productos biológicos, como cacahuate, semillas de algodón y semillas de girasol. La sacarosa soluble se lixivia con agua partir de azúcar de caña y de remolacha.

5.

PROCESAMIENTO CON MEMBRANAS

En este trabajo se desarrolla la analogía entre la destilación flash y las separaciones de gases mediante membranas en un módulo de mezcla comple com pleta. ta. Se pro proporc porcion ionan an pro proced cedimi imient entos os de cál cálcul culo o del pun punto to de burbuja y del flujo de permeado en función del área de membrana. Se presentan ejemplos de cálculo en el caso de mezclas de gases binarias: Oxíg Ox ígen enoo-Ni Nitr tróg ógen eno o (se (sele lect ctiv ivid idad ad de me memb mbra rana na =2 =2.2 .2)) y Bi Bióx óxid ido o de carbono-Metano (selectividad de membrana=31.25). La separación separación de moléculas por medio de membranas es una operación operación unititari un aria a re rela latitiva vame ment nte e nu nueva eva que es está tá ad adqu quiri irien endo do cad cada a ve vezz má máss importancia. import ancia. La membrana sólida, relativamen relativamente te fina, contro controla la la tasa de movimiento de moléculas entre Bas dos fases. Se utiliza para eliminar la sal del agua, purificar gases, en el procesamiento de alimentos, etc.

 

6. CRISTALIZACIÓN Los solutos solubles componentes de una solución pueden extraerse de esta ajustando las condiciones como temperatura o concentración, de manera que se exceda la solubilidad de uno o más solutos y éstos cristalicen como fase sonda. Entre los ejemplos del proceso de separación está la cristalización del azúca

 

partir de soluciones y la de sales metales en el procesamiento de soluciones de minerales metálicos. FACTORE FACTO RES SQ U E A SEPARACIONES SEPAR ACIONES GAS- LIQUIDO 

F

E

C

T A

N

EN LAS

TAMAÑOS DE LAS PARTÍCULAS DEL LIQUIDO

Indica la velocidad máxima que debe tener el gas para permitir la separación de las partículas de ese diámetro o mayores. 

VELOCIDAD DEL GAS

Depende de las propiedades físicas del líquido y del gas. 

PRESIÓN DE SEPARACIÓN

Es un factor muy import importante ante en la separac separación, ión, ya que al disminuir la presión de separación principalmente es la separación del gas y condens con densado, ado, en cie cierta rtass ocas ocasion iones es la recu recupera peració ción n de líq líquid uidos os aumenta. 

TEMPERATURA DE SEPARACIÓN

 A medida que disminuye la temperatura de separación, se incr increm emen enta ta la re recu cupe pera raci ción ón de líqu líquid idos os en el sepa separa rado dor. r. La temp temper erat atur ura a afec afecta ta la capa capaci cida dad d de dell sepa separa rado dorr al vari variar ar los los volúmenes del fluido y sus densidades. 

VISCOSIDAD DEL GAS

 A medida que aumenta la viscosidad del gas, disminuye la viscosidad de asentamiento, y por lo tanto la capacidad de manejo del gas del separador. 

DENSIDADES DEL LÍQUIDO Y EL GAS

 Afecta la capacidad de manejo de gas de los separadores, s eparadores, ya que es directamente proporcional a la diferencia de densidades de líquido y gas e inversamente proporcional a la densidad del gas.

 



MECANISMOS DE SEPARACIÓN

La separación de mezclas se logra mediante una combinación adecuada de los siguientes factores: gravedad, fuerza centrífuga y choque. 

SEPARACIÓN POR GRAVEDAD

En lo loss sepa separa rador dores es el asent asentam amie ient nto o po porr gr grav aved edad ad titien ene e lu lugar  gar  principalmente en la sección secundaria, que se conoce también como sección de asentamiento por gravedad.

3. MÉTODOS DE PROCESOS En las separaciones que se acaban de mencionar se utilizan diversos métodos de proceso. Las dos fases, como, gas y líquido, o líquido y líquido, se mezclan entre sí en un recipiente para después separarlas. Este es un proceso de una sola etapa. Con mucha frecuencia, las fases se mezclan en una etapa, se separan y después se ponen otra vez en contacto en un proceso de ejes. Ambos métodos se llevan a cabo ya sea por lotes o con régimen continuo. En otro método más, las dos fases se ponen en contacto en forma continua en una torre empacada.

4.

RELACIONES DE EQUILIBRIO ENTRE FASES

1.

REGLA DE LAS FASES Y EQUILIBRIO

Para predecir la concentración de un soluto en dos fases en equilibrio, se requieren datos de equilibrio experimentales. Además, si las dos fases no están en equilibrio, la velocidad de transferencia de masa es proporcional a la fuerza impulsora, que es la desviación con respecto al equilibrio. En todos los casos de equilibrio hay dos fases presentes, tales como gaslíquido líqui do o líqui líquido-líq do-líquido. uido. Las variables important importantes es que afect afectan an al equilibrio equilibrio de un soluto son temperatura, presión y concentración. El equilibrio entre dos fases, en cualquier caso, está restringido por la regla de las fases: (ecuación :1)

 

don onde de P es el nú núm mer ero o de fas ases es en eq equi uililibr brio io,, C es el núm númer ero o de componentes totales en las dos fases (cuando no se verifican reacciones químicas), y F es el número de variantes o grados de libertad del sistema. Por ejemplo, en el sistema gas-líquido de CO 2-aire-agua, hay dos fases y tress com tre compon ponent entes es (consid (considera erando ndo al air aire e como un com compone ponente nte ine inerte rte). ). Entonces, por medio de la ecuación (1) (ecuación :2) Esto significa que hay tres grados de libertad. Si la presión total y la temperatura están fijas, sólo queda una variable que puede ser cambiada a voluntad. Si la composición de fracción molar x A del COZ (4) en la fase líquida es constante, la composición de la fracción molar ya o la presión Pa en la fase gaseosa, quedan determinadas automáticamente. La regla de las fases no indica la presión parcial Pa, en equilibrio con el valor de seleccionado x, El valor de Pa se debe obtener por métodos experi exp erimen mental tales. es. Claro Claro est está á que las dos fas fases es pue pueden den ser gas gas-lí -líqui quido, do, líquido-sólido, etc. Por ejemplo, la distribución de equilibrio del ácido acético entre una fase de agua y una de éter isopropílico se puede determinar  experimentalmente para diversas condiciones.

2.

EQUILIBRIO GAS-LÍQUIDO

3.

DATOS DE EQUILIBRIO GAS-LÍQUIDO Para ilustrar la obtención de datos de equilibrio experimentales de un sistema siste ma gas- líqui líquido, do, consideraremos consideraremos el sistema sistema Sol-ai Sol-aire-agua re-agua.. Una cierta cantidad de S02, aire y agua, se introduce en un recipiente cerrado y se agita varias veces a una temperatura dada hasta lograr  el equilibrio. Se analizan entonces muestras del gas y del líquido para obtener la presión parcial Pa en atm del SO 2  en el gas y la fracción mol xa en el líquido. La figura de la ecuación 1 muestra una gráfica de los datos del Apéndice A.3 de la presión parcial Pa del SO2 en el vapor en equilibrio con la fracción mol x A del SO 2 en el líquido, a 293 K (20 °C).

 

4.

LEY DE HENRY

En cada caso, la fuerza impulsora para la Transferencia de Materia es la di dife fere renc ncia ia de co conc ncent entrac racio iones nes en entr tre e la exis existe tent nte e y la de equilibrio. Necesitamos una relación (ley) que nos permita cuantificar  estos fenómenos fenómenos de equil equilibrio. ibrio. Las concent concentracione racioness de equilibrio de gases o líquidos volátiles en agua, dependen de la temperatura, la pr pres esió ión n to tota tall y la lass in inte tera racci ccion ones es qu que e ocu ocurr rren en en entr tre e la su sust stanc ancia ia disuelta (soluto) y el agua (solvente). Para Pa ra un sist sistem ema a gas as-l -lííqu quid ido o en eq equi uillibri ibrio, o, su supo pon niend iendo o un comportamiento ideal del gas y del líquido, “la presión parcial de una sustancia en la fase gas es proporcional a su concentración en la fase líquida” (ley de Henry): Pa = Ha * Xa donde Pa es la presión parcial del componente A, xA es la fracción molar de A en el líquido, y HA es la constante de Henry para el componente A.  

La fracción molar de A se calcula mediante: Xa =  +

nA es el número de moles de la especie A, y nW es el número de moles del solvente agua (W). Notar de la primera ecuación que, para un valor constante de la presión parcial de la especie A, se cumple: • un valor bajo de H A indica que el •

compuesto A es muy soluble en agua.

un valor alto de H A indica que el compuesto A es poco soluble en

agua. Esta ley es una buena aproxim aproximación ación para sistemas gas-líqui gas-líquido do cuando se verifican las siguientes condiciones: P T ≤ 1 atm (101 kPa) y x A < 0,05 Cuando la fase gas es ideal, se cumple:

Pa = Ya* Pt donde y A es la fracción molar de A en el gas y P T es la presión total del gas. Ejemplo: oxígeno en el aire y ox = 0,21 (21% v) p ox = 0,21 × 1 atm = 0,21 atm

 

De las ecuaciones anteriores resulta la siguiente relación de equilibrio para la especie A en el sistema gas-líquido:  

Xa =

 

 ∗

 

 

5.

EJERCICIOS

1. Calcular la concentración molar del nitrógeno disuelto en agua a 20 °C y a una presión parcial de gas de 1.5. Datos. N2 = Soluto  H2O = Solvente PN2 = 1.5 atm. SOLUCIÓN. M =?

mol  L

M = K.P K = 6.3 X 10-4  

M = K.P

Ley de Henrry.

REEMPLAZANDO. M = (6.3 x 10

−4

  mol   ) (1.5 atm )   L∗atm − 4  mol M = 95,50 x 10  L

 AHORA SUPONDREMOS PARA 6, 12 Y 0.5 atm. P´ = 6atm

M’ = 37.8 x 10

−4

 mol  L

 

−4

P’ = 12atm

M’ = 75.6 x 10

P’ = 0.5atm

M’ = 3.15 x 10

 mol  L

−4

 mol  L

 

2. Ejemplo de la ley de Henry Concentració Concentración n dióxido de azufre

disuelto en agua

El dióxido de azufre ( SO2 ¿tiene propiedades desinfectantes, por ello es utilizado en la desinfección de las cubas de vino quemando azufre en su interior. Se requiere utilizar el dióxido de azufre a 293°K. ¿Cuál es laHg? molaridad del dióxido de azufre ( SO ¿¿ 2) ¿ en agua a 293°K y una presión a 349.6 mm

DATOS  M = k . P 

LEY DE HENRY (formula a utilizar)

Temperatura 1 ° K = 273°C 293°K-273°C=T= 293°K-273°C=T = 20°C

  P=349.6 mmHg  

k =?  

1

1.3 x 10

  mol  L . atm

1 atm= 760 mmHg 349.6 mmHg×

  1 atm 760 mm Hg

= 0.46atm

SOLUCION so2 

tabla extraída de Geankoplis 

SOLUTO (gas)

 H 2 O  

SOLVENTE (liquido) 1

 M =( =( 1.3 x 10

  mol ) .  L . atm

(0.46 atm)

M= 5.98 mol/L Descripción del resultado final: La disolución del dióxido de azufre en agua a 20 °C corresponde a una concentración de 5.98 M(molar).

 

3. La consta constante nte de la ley de Henry del bromuro de metilo CH3Br es de 0.159 mol(L mol(L.atm) .atm) a 25°C. El bromuro de metilo, es un gas utilizado como fumigador de suelos. ¿Cuál es la molaridad del bromuro de metilo en agua a 25°C y una presión parcial de 1520 mmHg? Solución: Datos:

T° = 25°C

Soluto (gas) Solvente(liquido)

CH 3 Br  H 2 O

K=0.159

mol  L.  L . atm K

P Son direct directamente amente ro orcio orcionales nales

M= K.P P(gas)= 1520mmHg M= (0.159 M= 0.318

  mol ).(2 atm)  L. atm

1atm = 760mmHg 1 atm =2 atm P= 1520mmHg x 760 mmHg

mol  L

Entonces: si se duplica la presión se duplica la concentración molar (gas). Respuesta La disolución de bromuro de melo a 25°C corresponde a una concentración de 0.318 Molar.

 

4.

−6

La constant constante e de la Ley de Henry para el oxígeno es de 1,76∗10

  mol .cuando mmHg

se

disuelve en agua a 25°c ¿cuál es la concentración de oxígeno en agua a 25 °c cuando la presión parcial de este gas es de 150 mmHg? SOLUCION O 2 

SOLUTO (gas)

 H 2 O  

SOLVENTE (liquido)

DATOS

T= Temperatura K= Constante P= Presión M= Molaridad

T= 25°c −6

k =1,76∗10

  mol   mmHg

 P=150 mmHg  

(

−6

 M = 1.76∗10

  mol mm Hg

)∗¿)

M=2.64∗10

−4

ley de Henry

 M = k . P 

Descripción del resultado final: La concentración de oxígeno en agua a 25°c y una presión de 150 mmHg es de 2.64∗10−4

 

6.

CONCLUSION:





La Se Separ parac ació ión n gas lílíqu quid ido, o, deb debe e me medi dirs rse e po porr sepa separa rado do pa para ra con conoc ocer er la producción del gas líquido, para que los líquidos puedan almacenarse en un tanque para poder tratarlo, etc. Conocimos las diferentes etapas de la separación Gas-Liquido y su aplicación de la Ley de Henry, también se puede dar en términos de solubilidad para lo cual también cambian algunas unidades de las constantes según la sustancia gaseosa a tratar en un disolvente que por lo general es el agua.

 

7.

BIBLIOGRAFIA

http://infofich.unl.edu.ar/upload/9c826294631ed34c104b6fcdd36500658 e8d30f4.pdf   file:///C:/Users/Kevin/Downloads/149419130-SeparacionGas-Liquido.pdf   https://es.slideshare.net/JhedayArgoteFlores/informegas-1-procesos-de-separacion   gas-1-procesos-de-separacion https://www.redalyc.org/jatsRepo/2654/265460762020/html/index.html EJERCICIOS 1 https://www.youtube.com/watch? v=dMv5C9EuQMw&ab_channel=Aulamax  EJERCICIO 2 v=dMv5C9EuQMw&ab_channel=Aulamax https://www.youtube.com/watch?v=2LiYpd8ZV7I&ab_channel=Aulamax C.J. Geankopl C.J. Geankoplis is lib libro ro de ter tercera cera edició edición n de PROCESO PROCESOS S DE TRA TRASPO SPORTE RTE Y OPERACIONES UNITARIAS pg:650.