Absorcion de Gases Operaciones Unitarias

1 INTRODUCCIÓN A LA ABSORCIÓN La absorción de gases es una operación unitaria por la que los componentes solubles absorbatos, de una mezcla gaseosa se disuelven en un líquido, el absorbente. La operación inversa, denominada desorción, consiste en la transferencia a la fase gaseosa de los componentes (solutos) volátiles de una mezcla líquida. Para conseguir el contacto íntimo de las fases, líquido y gas, ambas operaciones utilizan el mismo tipo de equipo empleado en la destilación, es decir, torres de platos, torres de relleno, torres de pulverización y columnas de burbujeo. Las torres o columnas son recipientes cilíndricos esbeltos donde se coloca un relleno o platos y se hace circular, normalmente en contracorriente, el gas y el líquido por el interior de la torre. Los dispositivos internos colocados promueven el contacto entre las fases, aumentando así el área interfacial por el cual se producirá la transferencia de materia. Los mecanismos más utilizados para conseguir este fin son: (1) Dividir el gas en pequeñas burbujas en una superficie líquida continua (torres de burbujeo), (2) separar el líquido en películas que fluyan a través de una fase gaseosa continua (torre de relleno), (3) convertir el líquido en gotas de pequeño tamaño que caigan a través de una fase gaseosa continua (torre de pulverización). Cada uno de estos mecanismos favorece un tipo de transferencia, y según los requisitos que deseemos alcanzar será más recomendable utilizar un tipo de columna u otro. Los equipos de contacto pueden ser categorizados como equipos de contacto por etapas (torres de platos), que utilizan un número de etapas separadas para realizar el contacto gaslíquido o equipos de contacto continuo-diferencial (torres de relleno), que utilizan toda la columna como un sistema continuo de contacto gas-líquido. Estas operaciones se pueden llevar a cabo en columnas de platos y de relleno y también en torres de pulverización, que son columnas vacías en las que el líquido entra a presión por un sistema de ducha, circulando al gas en sentido contrario.

La absorción se emplea en la industria para la eliminación de gases ácidos (CO2, SO2) en corrientes gaseosas, mediane distintas corrientes líquidas (agua, disolución de sosa, aminas).

2 INTERIOR DE UNA COLUMNA DE ABSORCIÓN En el siguente esquema se muestra el interior de una columna de absorción con diferentes tipos de dispositivos de contacto: relleno al azar, rellenos estructurado y platos.

Es una operación unitaria de transferencia de materia basada en la disolución de uno o varios componentes de una mezcla -líquido o sólido- en un disolvente selectivo. Se hace la distinción entre la extracción sólido-líquido y la extracción líquido-líquido según que la materia a extraer esté en un sólido o en un líquido. En este último caso el disolvente debe ser inmiscible con la fase líquida que contiene el soluto. La extracción sólido-líquido se conoce también como lixiviación o lavado, según la aplicación a la que se la destine. Si se pretende eliminar un compuesto no deseado de un sólido se habla de lavado, si el compuesto extraido es el valioso se denomina lixiviación. La extracción líquido-líquido se puede llevar a cabo de distintas formas, normalmente se trabaja en contínuo y cabe distinguir dos modos básicos de contacto: contacto por etapas y contacto contínuo.

El contacto por etapas puede realizarse de distintas maneras según como se mezcle el disolvente extractor con el líquido extracto. En el contacto simple el disolvente extractor se reparte en partes iguales en cada una de las etapas. Mientras que el el contacto a contracorriente el disolvente extractor pasa de etapa a etapa en sentido contrario al líquido que está siendo refinado. El extracto es la corriente de disolvente extractor una vez que ha

recibido el soluto. El refinado es la corriente de alimentación una vez que se le ha extraído el soluto. La extracción líquido-líquido se usa mucho en la industria del petróleo para separar los hidrocarburos alifáticos de los aromáticos. La separación de los asfaltos del petróleo también se realiza por extracción con propano a baja temperatura. Como ejemplo de extracción sólido-líquido están la extracción de grasas vegetales y animales.

3 OBJETIVOS DE LA ABSORCIÓN:   

Recuperar un componente gaseoso deseado. Eliminar un componente gaseoso no deseado Obtención de un liquido

4 DIFERENCIA ENTRE ABSORCIÓN Y DESORCIÓN: ABSORCIÓN Puede ser física o química, según que el gas se disuelva en el líquido absorbente

DESORCIÓN Operación contraria a la absorción, en la que el soluto pasa de la fase liquida a la fase gaseosa

1. corriente de gas bruto con el componente a separar y gas portador 2. compresor 3. disolvente, cargado con el componente a separar. 1. 4 disolvente regenerado 4. calefacción 5. columna de desorción 6. componente gaseoso separado. 7. válvula de expansión 8. enfriador 9. bomba 10. gas portador 11. refrigerador 12. columna de absorción. 5 CLASES DE ABSORCIÓN: Absorción Física No existe reacción química entre el adsorbente y el soluto, sucede frecuentemente cuando se utilizan hidrocarburos o agua como disolvente. Absorción Química Se da una reacción química en la fase liquida, lo que ayuda a que aumente la velocidad de la absorción. Útil para transformar los componentes nocivos presentes en el gas de entrada en los productos inocuos.

6 TIPOS DE ABSORBEDORES

COLUMNA DE RELLENO Y COLUMNA DE PLATO COLUMNA DE RELLENO     

Difícil limpieza Se emplea para menores alturas y menor diámetro Tiene una caída de presión del gas menor por unidad de altura Diseño de esta torre es de mayor costo Son utilizadas en una gran gama de proceso, destilación, extracción, humidificación y absorción.

COLUMNA DE PLATO     

Fácil limpieza Torre de mayor altura y volumen Generan mayor caída de presión por plato El costo es menor en el diseño Son utilizadas en proceso de destilación

FUNCIONAMIENTO: En una torre de absorción la corriente de gas entrante a la columna circula en contracorriente con el líquido

TORRE EMPACADA Consiste en:      

Entrada y distribuidor de gas en la parte inferior. Entrada de líquido y un distribuidor en la parte superior. Salidas para el gas por cabeza Salida de Líquido por cola. Masa soportada de cuerpos sólidos inertes (relleno de la torre). Soporte, ha de tener una gran fracción de área libre de forma que no se produzca inundación en el plato de soporte.

ETAPAS

TORRE DE SPRAY O DE ROCIO: Se usan en operaciones a gran escala normalmente para eliminar algún contaminante de los gases de combustión de centrales térmicas

ABSORBEDOR DE PELÍCULA: Son útiles en caso que el calor liberado por la absorción sea elevado, por lo que se emplea un intercambiador de calor cuya superficie debe ir pegada al líquido.

TANQUE AGITADO: La agitación favorece en la reacción química en fase liquida ya que se requieren largos tiempos de resistencias para que se produzcan la reacción, la absorción sería inviable en una columna.

COLUMNAS DE BURBUJEO: Consiste en una columna parcialmente llena de líquido a través de la cual burbujea el vapor.

7 CONSIDERACIONES: Es importante una buena elección del disolvente que participará en la absorción La volatilidad: Los disolventes deben poseer una baja presión de vapor, pues así el gas que sale es una operación de absorción donde suele estar saturado con el disolvente y por lo tanto se puede ver perdida gran cantidad Viscosidad: Generalmente se utiliza más la baja viscosidad debido a que dan más rapidez a la absorción. La solubilidad del gas: La solubilidad del gas tiene que ser alta, con la intención de así poder aumentar la velocidad de la absorción, bajando la cantidad necesaria del disolvente El costo: El disolvente que utilicemos debe ser poco costoso

8 MECANISMO DE ABSORCIÓN El soluto se mueve desde la fase gaseosa hacia la fase liquida Entre las dos fases existe una delgada zona (interface) donde se lleva a cabo el mecanismo de disolución El proceso culmina cuando se ha alcanzado el equilibrio de soluto en las dos fases.

9 EQUILIBRIO GAS-LIQUIDO: Principio: Diferencia de concentraciones del componente que existe entre las fases, que se transfiere con respecto a la de equilibrio Cuando más alejado se esté de las condiciones de equilibrio mayor es la transferencia e materia entre las fases

10 APLICACIONES INDUSTRIALES: Eliminación de butano y pentano de una mezcla gaseosa de refinería utilizando aceite pesado. Eliminación de contaminantes inorgánicos solubles en agua de corrientes de aire. Como dispositivos de recuperación de productos valiosos.

Eliminación de impurezas en productos de reacción. Eliminación de CO2 o de H2S por reacción de NaOh en una corriente de gases

11 CONCLUSIONES: La absorción es fundamental para la purificación de las sustancias útiles en el proceso. Paso preliminar para la destilación Se debe de controlar principalmente la presión. Proceso muy utilizado