Adsorcion

Existe gran variedad de procesos de separación, entre ellos la absorción, destilación, extracción líquido- líquido, lixiviación, adsorción, etc. El tema de interés por el momento es adsorción; Geankoplis, lo primero que dice es “En los procesos de adsorción, uno o más componentes de una corriente de gas o de líquido se adsorben en la superficie de un sólido y se lleva a cabo una separación”. Pero ¿A qué se refiere la adsorción?, ¿En qué difiere con la absorción?

Hay que dejar claro que absorción y adsorción son palabras muy similares pero cuyos significados son muy distintos. En la absorción el material penetra hacia al interior del sistema, mientras que la adsorción hace referencia cuando las moléculas se adhieren o pegan sobre una superficie, denominada adsorbente.

Para realizar este proceso de separación se han desarrollado muchos adsorbentes. La mayoría de ellos tienen forma de pelotitas, esto se debe a que se tiene mayor superficie de contacto, una de las características de los adsorbentes es su alto nivel de porosidad con el que cuentan.

Entre los adsorbentes más utilizados en la industria se encuentran:

La adsorción de una sustancia del fluido sobre la superficie de un sólido implica la distribución de dicha sustancia entre las dos fases en el equilibrio. La temperatura es un factor importante en los sistemas de adsorción, la cantidad adsorbida por el adsorbente es inversamente proporcional al aumento de la temperatura, es por eso, que normalmente se lleva a cabo a temperatura ambiente. Dada esta situación se generan isotermas de adsorción, que consisten en graficar los datos de la concentración en la fase sólida (q), en kg de adsorbato/kg de adsorbente y la concentración en la fase fluida (c), kg de adsorbato/m3 del fluido.

Los datos se pueden ajustar a varios isotermas de adsorción, entre ellos:

Isoterma lineal q = Kc, donde K es una constante experimental en m3/kg de adsorbente No es común, pero se puede usar en regiones diluidas.

Isoterma de Freundlich q = Kcn, donde K y n son constantes experimentales Es muy útil para líquidos.

Isoterma de Langmuir q= (q_0 c)/(K+c)

Donde q0 es una constante en kg de adsorbato/kg de sólido, y K en kg/m3

Adsorción por lotes

Este tipo de proceso se efectúa cuando las cantidades a trabajar son pequeñas. La estrategia para abordar este tipo de problemas necesita una relación de equilibrio, así como en todos los procesos de separación, y un balance de materia sobre el adsorbato, tal como se muestra:

q_F M+ c_F S=qM+cS

Donde M es la cantidad de adsorbente, en kg y S es el volumen de la solución de la alimentación en m3 y los subíndices se refieren al inicio del proceso.

Después se grafica q en función de c, a partir del balance de materia, la intersección con la isoterma de adsorción genera los valores en el equilibrio de q y c.

Diseño de columnas de adsorción de lecho fijo

En este tipo de procesos el fluido desciende a un flujo constante, las resistencias a la transferencia de masa son de suma importancia, y el proceso se lleva a cabo en estado no estacionario, lo que lo hace diferente a los otros procesos de separación, esto se refiere que las concentraciones del soluto en el fluido y en el adsorbente dependen del tiempo y la posición.

Como en todos los procesos de separación, todo ocurre por un gradiente de concentración, al inicio del proceso el fluido tiene mayor cantidad del soluto y conforme desciende y avanza el tiempo, esta concentración disminuye y aumenta en el adsorbente.

El perfil de concentración a través de la zona de adsorción tiene forma de S, por lo que el proceso de adsorción aparece como una onda llamada, onda de adsorción. Normalmente, la operación de una columna de adsorción no se prolonga hasta su

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