Adsorción en carbon activo

ADSORCION EN CA

Una de las aplicaciones de CAG es el tratamientos terciario de aguas residuales en el cual se absorben moléculas orgánicas que no son eliminadas en el tratamiento terciario, o como un paso en el tratamiento físico-químico.

Los factores que influyen en la adsorción son el Area superficial del absorbente ya que cuanto más finamente dividido y mas poroso sea el adsorbente, mayor será la adsorción. Las características físico-químicas del adsorbato com son el peso molecular, numero de grupos funcionales y solubilidad algunas de ellas al incrementarse se incrementa el grado de adsorción. La polaridad, en general un soluto polar es adsorbido por un adsorbente polar y un soluto apolar es absorbido por un adsorbente apolar. En pH neutro se lleva acabo la adsorción de la mayoría de materiales orgánicos. Otra característica importante es la Temperatura, esto se ve afectado en que as reacciones de adsorción son exotérmicas, así como el estado de agregación en el que se lleve la adsorción. La porosidad del adsorbente implica un punto importante ya que él numero total de poros, su forma y su tamaño determinan la capacidad de adsorción. Las características químicas de la superficie determinan el comportamiento de la adsorción como son la polaridad, hidrofobia, la carga superficial, la presencia de grupos funcionales etc.

El equilibrio de adsorción no se produce instantáneamente debido a que el ratio de adsorción viene limitado generalmente por los mecanismos de transporte de masa y depende tanto de las propiedades del adsorbente como del adsorbato. Los principales mecanismo de adsorción son:

• mecanismos de transporte: en este mecanismo los adsorbatos deben de ser transportados desde el seno del fluido a la capa limite de agua rodeando la partícula del carbón.

• Difusión externa: en la película exterior la difusión ocurre a través de esta capa ocurre por difusión molecular para el cual la fuerza motriz es la diferencia de concentraciones. El ratio de esta difusión depende de las propiedades hidrodinámicas del sistema.

• Difusión intrapartícular (interna): La difusión intrapartícula engloba la transferencia del adsorbato desde la superficie de una partícula de carbón activo a los centros en el interior de la partícula.

• Adsorción: Tras el transporte del adsorbato a un centro disponible, se produce un enlace de adsorción. En el caso de absorción física, se considera que la conexión física del adsorbato sobre el adsorbente tiene lugar de forma rápida.

El equilibrio de adsorción se estudia mediante las isotermas de adsorción, las cuales representan la distribución del material adsorbido, entre la fase adsorbente y liquida en equilibrio. La cantidad de material adsorbido por unidad de masa de adsorbente se incrementa al incrementar la concentración, pero no en proporción directa. Generalmente, una isoterma es favorable si su forma es convexa, y desfavorable si es cóncava. Cualquier punto de una curva isoterma describe una cantidad de contaminante adsorbido por unidad de peso de carbón, o también, la capacidad de adsorción a una concentración particular.

El filtro de carbon consiste en una columna lineal de acero o deposito rectangular de acero en el cual se deposita el carbon en forma de lecho filtrante. Funcionando de la siguiente manera, el agua residual entre por la parte alta de la columna de CA, desciende y los contaminantes son absorbidos y finalmente el agua sale por la parte baja de la comuna.

Las variables de diseño que se toman en cuenta son las siguientes:

• Tiempo de contacto en lecho vacío: representa el tiempo de residencia teórico en el interior

del filtro en ausencia del medio filtrante.

• Velocidad de filtración: para esta variable se toman en cuenta dos velocidades la superficial y

la velocidad intersticial.

• Tiempo de operación del filtro: se refiere el tiempo disponible antes del recambio de carbon activo por carbon regenerado.

• Rendimiento en volumen: permite la comparación entre los rendimientos de eliminación entre distintos adsorbentes.

• Ratio de uso de carbon: es la masa de carbon activo requerido por unidad de volumen de agua tratada hasta el umbral.

Regeneración y reactivación del carbon activo

Esta es la parte mas costosa y difícil del proceso ya que represente la eliminación de contaminantes del carbon sin destruirlos y la reactivación del carbon a altas temperaturas. para ello se utilizan técnicas como regeneración química, térmica y electroquímica. Aplicaciones generales de la tecnica de adsorción en carbon activo

• Tratamiento de ARU: son empleados en la etapa terciaria al eliminar materia orgánica

disuelta y refractaria de afluentes de tratamiento secundario.

• Tratamiento de aguas residuales industriales: se suele utilizar como una unidad de

separación de proceso, o de forma previa al tratamiento biológico de cara a la eliminación de

compuestos tóxicos.

• Tratamiento de agua industriales de forma previa a proceso: se utiliza para l producción de

agua requerida en distintos elementos de la planta.

• Combinación con procesos biológicos: La aplicación combinada de adsorción y

biodegradación en el mismo reactor es una alternativa eficiente para la eliminación de compuestos biodegradables y no biodegradables. Este sistema también ha sido desarrollado para tratamientos anaerobios.

ROBLEMAS DE EXPLOTACIÓN

Obturación sistemática de los filtros

Los sólidos en suspensión presentes en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales y su potencial de crecimiento biológico pueden conducir a problemas en caso de emplear filtros de lecho fijo.

Problemas derivados de la reposición del CA

• El coste derivado de la regeneración, reactivación y reposición del carbón activado

representa el principal gasto en O&M de la unidad de CA.

• El 5-10% del carbón que ha de ser repuesto se debe a pérdidas en los procesos de

transporte del carbón activado.

• La capacidad de adsorción del carbón regenerado es ligeramente inferior a aquella del

carbón virgen.

INCENDIOS

Un incendio es la manifestación de una combustión incontrolada.En ella intervienen materiales combustibles que forman parte de los edificios en que vivimos, trabajamos y jugamos o una amplia gama de gases, líquidos y sólidos que se utilizan en la industria y el comercio. Normalmente, la mayoría de los Incendios se producen en materiales sólidos (p. ej. madera o sus derivados y polímeros sintéticos), pero también, en menor medida, en combustibles líquidos y gaseosos.

Llamas de difusión y de premezclado: La llama de difusión asociada a un flujo de combustible gaseoso ilustra la forma de combustión que se observa cuando un combustible líquido o sólido arde con llama. Pero, en este caso, la llama se alimenta de los vapores de la sustancia combustible generados en la superficie de la fase condensada. La velocidad de suministro de estos vapores depende de su velocidad de combustión en la llama de difusión. transferencia de calor

La conducción es fundamental en la transferencia de calor a través de sólidos (siendo k una propiedad del material conocida como conductividad térmica (kW/mK ) y l la distancia (m) a lo largo de la cual la temperatura desciende de T1 aT2 (en grados Kelvin). La convección en este contexto es la transferencia de calor de un fluido (en este caso, aire, llamas o productos de combustión) a una superficie (sólida o líquida), siendo h el coeficiente de transferencia de calor por convección (kW/m2K), que depende de la configuración de la superficie y de la naturaleza del flujo que pasa por ella. La radiación es similar a la luz visible (pero con una longitud de onda mayor) y no necesita un medio de propagación (puede ser el vacío), siendo ε la emisividad (eficiencia de radiación de una superficie) y σ la constante de Stefan-Boltzman (56,7×10-12kW/m2K4). La radiación térmica viaja a la velocidad de la luz (3x10^8m/s) y cualquier objeto sólido que se interponga en su camino proyectará una sombra. Ignición: La ignición de un líquido o de un sólido requiere el aumento de su temperatura superficial hasta que se desprenden vapores a una velocidad suficiente para, una vez iniciada la ignición de estos, mantener la llama. Los combustibles líquidos pueden clasificarse según su punto de inflamación o temperatura mínima a la que

puede existir un vapor o una mezcla de aire inflamable en la superficie (es decir, la presión del vapor corresponde al límite inferior de inflamabilidad

Propagación de la llama: La propagación de la llama puede representarse como un frente de avance de la ignición en donde el extremo frontal de la llama actúa como fuente de ignición del combustible que todavía no está ardiendo. La velocidad de propagación viene determinada, por un lado, por las propiedades del material, de las que depende la facilidad de ignición y, por otro, por la interacción entre la llama existente y la superficie de avance del frente. La propagación vertical en sentido ascendente es la más rápida, pues la flotabilidad garantiza que las llamas se desplacen hacia arriba, y así la superficie superior al área de combustión queda expuesta a la transferencia directa del calor de las llamas.La velocidad de propagación también depende del flujo de calor radiante aplicado. El volumen de un incendio en el interior de una habitación crecerá con mayor rapidez al aumentar el nivel de radiación generado a medida que se extiende el incendio, lo que contribuirá a acelerar su propagación.

Control

...