Presentación de absorción desde las ecuaciones de diseño hasta las aplicaciones.

1. POOA
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
ZACATECAS
UNIDAD ACADÉMICA DE
CIENCIAS QUÍMICAS
Camarillo García J. Pablo Ramón
Luévano Rivas O. Abel
Regalado Oliva Orlando
Tavizón Pozos J. Andrés

2. POOA
ABSORCIÓN

3. POOA
INTRODUCCIÓN
 La absorción de gases es una operación en la cual
una mezcla gaseosa se pone en contacto con un
líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno
o más componentes del gas y de obtener una
solución de éstos en el líquido.

4. POOA
FORMAS 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 componente nocivos presentes en el gas de
entrada en productos inocuos.

5. POOA

6. POOA
CARACTERÍSTICAS
Todas las absorciones La trasferencia depende
básicas visualizadas en de:
un proceso intermitente:  Concentraciones en el
 El gas y el liquido se gas y en el líquido.
ponen en contacto en un  Los coeficientes de
aparato adecuado. transferencia de masa
 Las dos fases se en cada fase.
aproximan en el  La solubilidad del
equilibrio. material en el liquido.
 Las fases gas-líquido se  Área interfasial provista
separan. por el dispositivo de
contacto.

7. POOA
Factores
generales
de diseño

8. POOA
DISEÑO DE TORRES DE
RELLENO

9. POOA
TORRES DE RELLENO
 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.

10. POOA
ETAPAS EN TORRES DE RELLENO

11. POOA
REQUERIMIENTOS DEL RELLENO.
 Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre.
 Resistencia mecánica sin tener un peso excesivo.
 Pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva
retención de líquido o caída de presión.
 Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas.
 Coste razonable.

12. POOA

13. POOA
CONTACTO ENTRE LÍQUIDO Y GAS
 Las películas tienden a hacerse más gruesas en unas zonas
y más delgadas en otras.
 Forman pequeños arroyuelos.
 Para bajas velocidades una gran parte de la superficie del
relleno puede estar seca o recubierta de una película
estancada del líquido.

14. POOA
VELOCIDADES DE FLUJO LIMITE:
CARGA E INUNDACIÓN.
Velocidad de inundación
es el limite de velocidad
de flujo del gas. Puede
encontrarse por medio
de:
 La relación entre la
caída de presión del
lecho de relleno y la
velocidad de flujo del
gas.
 A partir del líquido
retenido en el relleno
 Observación visual del
relleno

15. POOA
 La caída de presión por unidad de altura de
relleno se debe a la fricción del fluido
 Se representa en coordenadas logarítmicas frente
a la velocidad del flujo del gas Gy (Kg de
gas/m2hr) de sección transversal de columna
supuestamente vacía.
 Cuando el relleno está seco:

16. POOA
“Punto de carga", el flujo del gas comienza a impedir el movimiento descendente del líquido.
Aparecen acumulaciones locales de líquido puntos del relleno
La
cantidad de líquido retenido por el relleno permanece
constante
Velocidades Cada de
presión
Bajas o Proporcional a
moderada 1.8
Velocidad La presión
elevada aumenta
rápidamente
para un
incremento de
la velocidad.

17. POOA
 La velocidad óptima es del orden del 50% de la
velocidad de inundación. Se presentan
correlaciones para estimar las velocidades de
carga e inundación.
EC. 1

18. POOA

19. POOA
FUNDAMENTOS DE LA
ABSORCIÓN
Los cálculos de la altura de torre se
basan en balances de materia, balances de
entalpía y en estimaciones de la fuerza impulsora
y de los coeficientes de transferencia de materia.

20. POOA
BALANCES DE MATERIA.
 La torre de absorción es un
aparato de contacto diferencial,
y como tal no hay variaciones
bruscas de composición sino que
la composición varía de forma
continua de un extremo a otro
de la columna.
 Balance total:
EC. 2
 Balance del componente
extraído:
EC. 3

21. POOA
 V= velocidad de flujo molar de la fase gaseosa
 L=la de la fase líquida en el mismo punto de la torre.
Las concentraciones x e y corresponden a las fases
 Las ecuaciones de los balances globales de materia,
basadas en las corrientes externas, son:
 Balance total.
EC.4
 Balance de las corrientes de salida
EC. 5
La ecuación de la línea de operación para una planta de
contacto diferencial.
EC. 6

22. POOA
RELACIÓN GAS LIQUIDO
LIMITANTE
 La EC. 6 indica que la pendiente media de la
línea de operación es igual a L/V, la relación
entre los flujos molares de líquido y gas. Así, para
un determinado flujo del gas, una reducción del
flujo de líquido provoca una disminución en la
pendiente de la línea de operación.

23. POOA

24. POOA
 La máxima
concentración del
líquido y la mínima
velocidad de flujo del
líquido posible se
obtienen cuando la
línea de operación toca
a la línea de equilibrio,
tal como corresponde a
la línea ab’.

25. POOA
VARIACIONES DE TEMPERATURA
EN TORRES DE RELLENO

26. POOA
VARIACIONES DE TEMPERATURA
EN TORRES DE RELLENO

27. POOA
VELOCIDAD DE ABSORCIÓN
 La altura de relleno depende de la velocidad, que
por otra parte, depende de la velocidad de
transferencia de materia a través de las fases de
líquido y gas.
 1. - No se considera la posibilidad de reacciones
químicas entre el componente absorbido y el
líquido.
 2. - Se desprecia el calor de disolución.
 La velocidad se puede expresar de cuatro formas
diferentes utilizando coeficientes individuales o
globales basados en las fases gaseosa o líquida.

28. POOA
VELOCIDAD DE ABSORCIÓN
 Velocidad de absorción por unidad de volumen de
la columna de relleno.
EC. 7
EC. 8
EC. 9
EC. 10
 Donde y y x son la fracción molar del componente
que se absorbe.

29. POOA
VELOCIDAD DE ABSORCIÓN
 La composición de la interfase (yi, xi) se puede obtener a
partir del diagrama de la línea de operación utilizando las
EC’S 7 y 8.
 No es preciso conocer las composiciones en la interfase,
pero estos valores se utilizan para los cálculos cuando
intervienen gases ricos o cuando la línea presenta una
fuerte curvatura.
 Los coeficientes globales se obtienen a partir de k ya y kxa
utilizando la pendiente local de la curva de equilibrio:
EC. 11
EC. 12

30. POOA
CÁLCULO DE LA ALTURA DE LA
TORRE
 La elección de un coeficiente de película gaseosa
no requiere ninguna suposición acerca de la
resistencia controlada. Aun cuando la película de
líquido sea controlante, un diseño basado en Kya
resulta tan sencillo y exacto como si se basase en
Kxa o en kxa.

31. POOA
La sección transversal es S y el
volumen diferencial correspondiente
a la altura dZ es SdZ.
Si se desprecia la variación del flujo
molar V, la cantidad absorbida en la
altura dZ es - Vdy, que es igual a la
velocidad de absorción multiplicada
por el volumen diferencial.
EC. 13

32. POOA
Integrando analíticamente porque Y y y* varían linealmente con x.
EC. 14
Donde:
EC. 15
Para líneas de operación y equilibrio rectas, el número de
unidades de transferencia es igual a la variación de
concentración dividida por la fuerza impulsora media
logarítmica:
EC. 16

33. POOA
 La altura global de una unidad de transferencia
es la altura de una sección de relleno que se
requiere para conseguir una variación de
concentración igual a la fuerza impulsora media
existente en la sección.
 Hay cuatro tipos de unidades de transferencia,
basados en fuerzas impulsoras individuales o globales
para las fases gaseosa y líquida:
EC. 17
EC. 18
EC. 19
EC. 20

34. FORMAS ALTERNATIVAS DE LOS POOA
COEFICIENTES DE
TRANSFERENCIA.
 Los datos experimentales para el coeficiente de
película de gases en mezclas diluidas puede
correlacionarse en términos de:
EC. 21
EC. 22
El efecto de la temperatura, está
número de Schmidt. Tanto k'y
como Hy son independientes
de la presión.

35. POOA
 Se utiliza para corregir los datos disponibles de
absorción del soluto A en un gas para empaque
específico, a absorción del soluto E en el mismo
sistema y con idénticas velocidades de flujo de
masa.
EC. 23
Las correlaciones para los coeficientes de película de
líquidos en mezclas diluidas señalan que Hx es
independiente de la velocidad del gas dentro de ciertos
límites:
EC. 24

36. POOA

37. POOA

38. POOA
HEURÍSTICAS DE LA ABSORCIÓN
 Operar a la presión de alimentación
(normalmente mayor que la presión atmosférica)
y a temperatura ambiente).
 En torres altas (presentan mayor canalización),
deben reincorporar redistribuidores.
 La suposición de equilibrio en la interfase no
puede aplicarse si las velocidades de
transferencia de materia son muy elevadas o si se
acumulan espumas en esta.
 En la desorción se debe operar a presión
ligeramente superior a la atmosférica y a una
temperatura que de inicio a reacciones químicas.

39. POOA
APLICACIONES

40. POOA
APLICACIONES
 Retirar contaminantes de una corriente producto
que pueden afectar a la especificación final o
grado de pureza.
 La presencia de ciertas sustancias puede afectar
a las propiedades globales de un producto.
 Se utiliza para eliminar:
1. Olores, humos y otros componentes tóxicos.
2. SO2, H2S, H2SO4, HCl, NOx, Cl, CO2, NH3, HF,
3. Aminas, mercaptanos, óxido de etileno, alcoholes,
fenol, formaldehido, ácido acético.

41. POOA

42. POOA
CONCLUSIONES
 La absorción es fundamental para la purificación
de las sustancias útiles en el proceso.
 Tipos variados para distintos procesos.
 Paso preliminar para la destilación.
 Se debe de controlar principalmente la presión.
 Proceso muy utilizado.
 Columnas para experimentación y para
producción.
 El diseño de una torre de absorción, involucra
una serie de condiciones basadas en la velocidad
de absorción, los flujos volumétricos de gas, las
variaciones de temperatura englobados en
coeficientes de trasferencia

43. POOA

44. POOA
REFERENCIAS
 McCabe, W.L., J.C. Smith y P Harriot; “Unit
Operations of Chemical Engineers”; 5a. edición;
McGraw-Hill; New York (1995).
 Sherwood, T.K., R.L. Pigford, y C.R. Wilke; “Mass
Transfer”; McGraw-Hill; Tokyo (1975).
 Treybal, R.E.; “Mass Transfer Operations”; 3a.
edición; McGraw-Hill; New York (1980).
 Seader, J. D.; “Operaciones de separación por
etapas de equilibrio en ingeniería química”; 2ª.
edición; Reverte; España (1990).

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