ABSORCIÓN (Perry’s Handbook)

 ABSORCIÓN

(Perry’s Handbook)

ABSORCIÓN: Esta operación se efectúa cuando se ponen en contacto, una fase gaseosa y otra líquida, en la que uno o varios solutos difunden de la fase gaseosa a la fase líquida (solvente).

La operación contraria se conoce como DESORCIÓN

La ingeniería de diseño para los equipos de absorción, debe usarse en la aplicación de los principios de difusión, equilibrio y transferencia de masa.

El requerimiento principal en estos equipos, es propiciar que el gas se ponga en íntimo contacto con el líquido, para lo cual debe haber un área interfacial grande, alta intensidad de renovación en la interface, minimizando las resistencias y maximizando la fuerza directora. Para estos fines, los equipos más usados son las columnas empacada y las de platos. Para caídas de presión grandes, se recomiendan las columnas empacadas.

En el caso de absorción de gases contaminantes, la corriente gaseosa es el fluido que se debe procesar.

Usualmente se especifican la temperatura y composición del fluido alimentado y la composición del gas que sale del equipo.

Los objetivos principales en el diseño de una columna de absorción son: evaluar el flujo del solvente y los cálculos de las principales dimensiones del equipo: diámetro y altura de la columna. Estos objetivos pueden alcanzarse evaluando para un flujo determinado de solvente, el número de unidades de separación teóricas (etapas, platos, etc.) y convirtiéndolas a alturas prácticas de unidades de transferencia o número de etapas reales, por medio de correlaciones.

Diseño de la columna: considerar los siguientes aspectos

1.- Selección del solvente

2.- Datos de equilibrio

3.- Datos de operación: balances de materia y energía.

4.- Selección de la columna de entre diferentes tipos de columnas.

5.- Cálculo del diámetro de la columna:

• En el caso de columnas empacadas, este cálculo se basa en condiciones de inundación.
• Para columnas de platos, se toma en cuenta el flujo óptimo del gas o la capacidad de manejo del líquido en los platos.

6.- Estimación de la altura de la columna o el número de platos:

• Para columnas empacadas la altura se obtiene multiplicando el número de unidades de transferencia obtenidas a partir de las condiciones de equilibrio y de operación por la altura de la unidad de transferencia
• Para columnas de platos, el número de platos teóricos, determinados de una gráfica de curvas de equilibrio y de operación, es dividido por la eficiencia global del plato para así obtener el número de platos reales que, multiplicados por el espaciamiento entre platos, da la altura de la columna.

7.- Determinación de la caída de presión a través de la columna.

• En torres empacadas, las correlaciones dependen del tipo de empaque, de datos de operación de la columna y propiedades físicas de los constituyentes involucrados.
• En torres de platos, se calcula la caída de presión en cada plato y luego se multiplica por el número de platos.

Selección del solvente

Frecuentemente se utiliza agua por ser barata y abundante sin embargo deben considerarse las siguientes propiedades:

1.- Solubilidad del gas. Generalmente, solventes con naturaleza química similar a la del soluto, dan buena solubilidad.

2.- Volatilidad. Preferible un solvente con baja presión de vapor.

3.- Corrosividad.

4.- Viscosidad. Preferible solventes con baja viscosidad.

5.- Estabilidad química. Baja flamabilidad.

6.- Toxicidad.

7.- Bajo punto de congelación

8.- Costos.

Equipo: Los principales equipos para absorción pueden clasificarse como sigue:

1.- Columnas empacadas (operación continua)

2.- Columnas de platos (operación por etapas)

3.- Miscelánea: combinación

“La columna empacada es por mucho, la mas utilizada”

Empaque:

Un buen empaque debe tener una gran proporción de espacios vacíos: 60 a 90%. Debe permitir que fluyan a contracorriente, volúmenes relativamente grandes de líquido y caídas de presión bajas.

Normalmente su tamaño nominal es entre 3 y 75 mm

En torres empacadas, para un flujo de líquido establecido, existe un límite máximo para el flujo de gas, llamando velocidad de inundación. El aumento en la velocidad del flujo de gas provoca aumento de la caída de presión del gas elevada a una potencia de 1.8. Al llegar a una velocidad del gas tal que impida en descenso del flujo de líquido, se ubica lo que se llama punto de carga.

Ventajas de los sistemas de absorción

1.- Caída de presión relativamente baja

2.- La estandarización de fibra de vidrio con plástico reforzado, permite operar en atmósferas altamente corrosivas.

3.- Alta eficiencia de transferencia de masa

4.- Aumento de la altura de la columna (empacada o de platos) mejora la transferencia de masa.

5.- Costo de capital relativamente bajos

6.- Requerimiento de espacios relativamente pequeños

7.- Habilidad para recolectar partículas y gases.

Desventajas de los sistemas de absorción

1.- Posibilidad de tener problemas de distribución del solvente

2.- Recolección de productos húmedos.

3.- El depósito de partículas puede provocar taponamiento del empaque o platos

4.- La fibra de vidrio con plástico reforzado es sensible a la temperatura.

5.- Costos de mantenimiento relativamente altos

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Solubilidad en equilibrio de gases en líquidos

Solubilidad de un gas se define como la cantidad de gas que se disuelve en un líquido (no volátil) alcanzando el equilibrio a T y P dados.

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