1. ABSORCIÓN GASEOSA
La separación de uno o más componentes de una mezcla de gases por absorción en un líquido adecuado, es una de las operaciones más importantes dentro de las basadas en la transferencia de materia en una interfase líquido-gas. Dicha transferencia de materia está controlada en gran parte por la velocidad de difusión de los diferentes gases soluto (que se transfieren) en la fase líquida, esta operación presenta gran utilidad en procesos de depuración de gases. La absorción consiste en una etapa en que un gas transferido o soluto se separa de otros al solubilizarse en un líquido. En esta etapa de contacto, dependiendo de las condiciones y características de la mezcla se puede dar un proceso de absorción, o uno de desorción, también llamado desabsorción o stripping.
Por otra parte, la absorción puede ser química o física, según exista o no interacción química entre el soluto y el absorbente. La absorción es reversible, comúnmente, lo que permite combinar en una misma planta procesos de absorción y desorción, con vistas a regenerar el absorbedor para reutilizarlo y poder recuperar el componente absorbido, muchas veces con elevada pureza. Las aplicaciones de este proceso de absorción va desde diferentes propósitos en la industria, tales como la separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa y la purificación de gases tecnológicos. Ejemplos donde se emplea como etapa principal un proceso de absorción están las de obtención de ácido sulfúrico (absorción de SO3), la fabricación de ácido clorhídrico, la producción de ácido nítrico (absorción de óxido de nitrógeno), procesos de absorción de NH3, CO2, H2S y otros gases industriales.
Al considerar el diseño del equipo para realizar la absorción de un gas, el requisito principal es el de llevar el gas a un contacto íntimo con el líquido para facilitar la transferencia de materia, la eficacia del equipo está determinada en gran parte por el contacto que se consiga entre ambas fases. El equipo utilizado consiste básicamente en columnas de absorción, entre las cuales destacan dos tipos diferenciados, las columnas de platos, en donde se plantea un equilibrio en cada plato, y las columnas de relleno, en donde existe una transferencia continua de materia en toda la columna.
2. EQUIPOS DE ABSORCIÓN
Como se comentó anteriormente, los equipos más comunes en las operaciones de absorción son las torres rellenas y las columnas de platos, preferentemente las primeras, por presentar menor caída de presión. La torres rellenas usadas como absorbedores no son equipos estandarizados, se diseñan con diámetros desde 20 hasta 600 cm y con 1 a 24 m de altura. En general, las torres muy altas son poco eficientes.
Atendiendo al método de creación de la superficie de contacto desarrollada en las torres de absorción pueden clasificarse del modo siguiente:
- Superficiales
- Peliculares
- Relleno de burbujeo (de platos)
- Pulverizadores
Las superficiales son poco utilizadas debido a su baja eficiencia y grandes dimensiones. Son específicos para gases muy solubles en el absorbente como es el caso del HCl en agua. Las peliculares son equipos en los cuales la superficie de contacto entre las fases se establece en la superficie de la película de líquido, que se escurre sobre una pared plana o cilíndrica. Los equipos de este tipo permiten realizar la extracción del calor liberado en la absorción. Los equipos más utilizados en la industria química son las torres rellenas y las de burbujeo. A continuación se presenta un video acerca del uso de esta operación unitaria en la Deshidratación del Gas Natural, así como el dispositivo de contacto (platos o empaques) que podemos tener en la parte interna de este equipo.
3. HIDRÁULICA EN UNA COLUMNA DE EMPAQUE
La Figura Nº 1, muestra las características de la pérdida de carga en el flujo de un gas en contracorriente con un líquido a través de un lecho de empaque. Cuando el caudal del líquido es muy bajo, el área abierta eficaz de la sección transversal del lecho no difiere apreciablemente de la que presenta el lecho seco y la pérdida de carga se debe al flujo a través de diferentes aberturas en el lecho. Por ello, la perdida de carga resultará aproximadamente proporcional al cuadrado de la velocidad del gas, como indica la región AB.
Para caudales mayores, la presencia del líquido hace disminuir el área abierta eficaz y una parte de la energía de la corriente de gas se utiliza para soportar una cantidad creciente de líquido en la columna (región A´B´). Cualquiera que sea el caudal del líquido, existe una zona en que la pérdida de carga es proporcional a la velocidad del gas elevada a una potencia distinta de 2 y que se denomina zona de carga, como se indica en la Figura Nº 1. El aumento en la pérdida de carga se debe a la rápida acumulación de líquido en el volumen vacío del empaque. A medida que aumenta la retención del líquido, puede ocurrir uno de los dos cambios siguientes. Si el empaque consta esencialmente de superficies extendidas, el diámetro efectivo de orificio se hace continuo a través de la sección transversal de la columna, generalmente en la parte alta del empaque.
El ascenso en la columna de una fase continua formada por el líquido conlleva la inestabilidad de la columna. Con solo un ligero cambio en el caudal de gas aparece un gran cambio en la pérdida de carga (condición C o C´). El fenómeno se denomina inundación o anegamiento y es análogo al anegamiento por retención en una columna de platos. Si la superficie del empaque es de naturaleza discontinua, tiene lugar una inversión de fase y el gas burbujea a través del líquido, la columna no es inestable y puede volver a la operación con fase gaseosa continua mediante la simple reducción del caudal de gas. Como en la situación de anegamiento, la pérdida de carga aumenta a medida que la inversión de fase progresa.
Existe un máximo flujo de gas con que la torre puede operar, se le llama “velocidad de inundación”, por encima de esa velocidad no ocurre ningún tipo de transferencia y las pérdidas de carga en la torre tienden al infinito.
El Punto de Carga, es una condición teórica donde todas las partículas del empaque están cubiertas por una película de líquido. Corresponde a un contacto gas líquido óptimo. Desde el punto de vista operacional es el punto del proceso donde el aumento de las pérdidas de carga en la columna es función de ambos flujos y además es paulatino, lo cual resulta favorable para la transferencia de masa.
El Punto de Inundación, es la fase de la operación de la torre donde empieza a existir retención de líquido en las secciones de la torre; este punto se evidencia en la práctica por la notable acumulación del líquido en las paredes de la torre y el abundante burbujeo del mismo por acción del flujo ascendente del gas. El régimen de la fase líquida se vuelve turbulento y la caída de presión en la torre aumenta de manera abrupta y eventualmente puede presentarse el rebosamiento del líquido por el tope de la misma. El punto de inundación es función exclusiva de la velocidad del gas que asciende, en ocasiones es tal, que alcanza su velocidad de inundación y propicia que el líquido descienda con dificultad y se retenga gran cantidad de éste. Se incrementa la cantidad de líquido que se acumula en la torre porque el gas no permite la circulación continua dentro de la misma, y el proceso de alimentar líquido a la columna no se detiene, aún con el flujo de gas invariable, las pérdidas de carga en la sección empacada de la columna tienden a elevarse dramáticamente. Para efectos del diseño no se poseen datos en la bibliografía que especifiquen la velocidad del gas en el punto de carga, para ciertas columnas y sus características, pero normalmente se recomienda 50 a 75 % de la velocidad en el punto de inundación, el cual debe ser estimado en el laboratorio a las condiciones de operación del proceso que se está diseñando. (Guia del laboratorio: unefm 2010).
A continuación se proporciona los siguientes vídeos sobre transferencia de masa, que refuerzan la teoría de absorción gaseosa (Autor: prof. A. Colina)
Por último se les presenta un vídeo explicativo de uno de los métodos de integración numérica "Método de Simpson 1/3"
A través del siguiente link se publica ejercicios prácticos https://app.box.com/s/0rrchjooe95n8mjx9dxcznhjet9cxsxg
Para la elaboración de curvas de equilibrio para sistemas a trabajar en ejercicios de absorción, se presenta el siguiente videotutorial
En el siguientes link tienen material de interés
https://app.box.com/s/npwqoxnt1wbw2burp0atvxsfbkplfflt
https://app.box.com/s/gohqih26tno8m1vdjlfkeg0dreg9s6dv
ATENCIÓN DATOS DE EQUILIBRIO DEL SISTEMA BENCENO-AIRE Y ACEITE
X 0 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,08 0,09 0,10
Y 0 0,003 0,0059 0,0088 0,0117 0,02 0,0228 0,0254 0,028
El siguiente videotutorial muestra un ejercicio practico de absorción gaseosa
