Pregunta 3

5/23/2018 Pregunta 3

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Universidad Nacional Del Callao - FIQ

Transferencia de Masa I 1

INTRODUCCION

La absorcin de gases es de suma importancia en las industrias pues se utilizacon diferentes propsitos, tales como la separacin de uno o ms componentes

de una mezcla gaseosa y la purificacin de gases tecnolgicos.

Otras de las finalidades es recuperar productos de corrientes gaseosas con

fines de produccin, tambin, poder controlar las emisiones de contaminantes a

la atmosfera, reteniendo las sustancias contaminantes.

Por ello es suma importancia conocer el funcionamiento, mecanismo y losequipos en cuales se llevan a cabo dicho proceso difusional.


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ABSORCION DE GASES

I. DEFINICION

Es una operacin unitaria, de transferencia de masa, que consiste en la

separacin y transferencia de uno o ms componentes (soluto A) de una

mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente lquido (S) generalmente agua

(disolvente barato y completo) con el cual forma solucin (un soluto A, o

varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la lquida). Este

proceso implica una transferencia de masa del soluto A a travs del gas B,

que no se difunde y est en reposo, hacia un lquido S, tambin en reposo.

Tambin implica la solubilidad del componente, as como una gran rea

interfacial gas- liquido.

A partir de una corriente de gas liviano, como por ejemplo gas natural que

contenga principalmente metano y adems pequeas cantidades de etano

hasta n-pentano, se puede remover la cantidad deseada del componente

ms pesado que el metano, colocando en contacto en contracorriente el gas

natural con una corriente de aceite pesado en una columna de etapa

mltiple.

Grafico 1. Diagrama de una columna de absorcin


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Puesto que la absorciones un proceso de liberacin de calor, el aceite

limpio generalmente entra a una temperatura por debajo de la temperatura

promedio a la cual se espera que opere la columna.

El gas rico entra por el fondo entra por el fondo de la columna a una

temperatura igual o por encima de su punto de roco y a la presin de la

columna, pero generalmente por debajo de la temperatura promedio de la

operacin de esta. El aceite absorbedor mas el material que ha absorbido

sale por el fondo de la columna y esta corriente se denomina aceite rico. El

gas tratado que sale por la parte superior de la columna, se denomina gas

limpio.

II. MECANISMOS DE ABSORCION EN LA COLUMNA

En una torre de absorcin la corriente de gas entrante a la columna circula

en contracorriente con el lquido. El gas asciende como consecuencia de la

diferencia de presin entre la entrada y la salida de la columna. El contacto

entre las dos fases produce la transferencia del soluto de la fase gaseosa a

la fase lquida, debido a que el soluto presenta una mayor afinidad por el

disolvente. Se busca que este contacto entre ambas corrientes sea el

mximo posible, as como que el tiempo de residencia sea suficiente para

que el soluto pueda pasar en su mayor parte de una fase a otra.


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III. TIPOS DE ABSORCION

La absorcin se puede llevar a cabo de dos maneras distintas:

Absorcin fsica: no existe reaccin qumica entre el absorbente y el

sucede cuando se utiliza agua o hidrocarburos como disolvente. Ejemplos:

En el caso de que aparezca amoniaco en agua, para eliminarlo, el

tratamiento a seguir consiste en un stripping con aire. Posteriormente se

procede a la recuperacin del amoniaco para poder reutilizar el aire.

Eliminacin de butano y pentano de una mezcla gaseosa de refinera

utilizando un aceite pesado.

Eliminacin de contaminantes inorgnicos solubles en agua de

corrientes de aire


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Absorcin qumica: se da una reaccin qumica en la fase lquida, lo que

ayuda a que aumente la velocidad de la absorcin. Es muy til para

transformar los componentes nocivos o peligrosos presentes en el gas de

entrada en productos inocuos. Ejemplos:

Para eliminar los xidos de nitrgeno se puede emplear un lavador con

agua, esto resulta bastante econmico pero la eficacia no es muy alta.

Para mejorar el proceso se pueden introducir determinados productos

qumicos para que reaccionen con estos xidos y fijen el nitrgeno en

compuestos estables que luego se deben retirar del agua de desecho.

Eliminacin de CO2o de H2S por reaccin con NaOH en una corriente

de gases.

En centrales trmicas consiste eliminar los contaminantes de

combustin en una corriente gaseosa de salida, principalmente el SO2y

CO2.


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TORRE DE PLATOS O DE BANDEJAS

ABSORCIN EN COLUMNAS DE PLATOS

La absorcin de gases puede realizarse en una columna equipada con platos

perforados u otros tipos de platos normalmente utilizados en destilacin. Con

frecuencia se elige una columna de platos perforados en vez de una columna

de relleno para evitar el problema de la distribucin del lquido en una torre de

gran dimetro y disminuir la incertidumbre en el cambio de escala.

TIPOS DE TORRES DE PLATOS1. Plato perforado.

2. Plato de vlvulas.

3. Plato de capuchones.

En estos equipos, el gas burbujea dentro de una capa de lquido, de modo que

la

superficie de contacto entre las fases es la superficie de todas las burbujas

formadas.

Las torres de platos son columnas dentro de las cuales estn instalados platos

igualmente espaciados. Los platos poseen perforaciones, a travs de las

cuales pueden ascender los vapores procedentes de los platillos inferiores, lo

que posibilita la interaccin gas-lquido.

Las caractersticas comunes de los diferentes tipos de platos son el gran

contacto entre las fases, la facilidad de limpieza y la posibilidad de evacuacin

del calor, evolucionadoen el proceso, con la introduccin de serpentines en el

espacio interplatos.


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En la figura de la derecha se muestra un

corte longitudinal de un sector de una torre

con estructuras de platos de un solo bajante.

Tal como se aprecia, los bajantes de los

platos van alternndose a un lado y al otro de

la torre sucesivamente obligando al lquido a

recorrer un largo camino zigzagueante hacia

la parte inferior de la torre. El gas se

desplaza en la direccin contraria, es decir

hacia arriba, tal como lo indican las

flechas y pasa de un plato a la regin del

plato inmediato superior a travs de unos

ductos ubicados en la parte activa de los

mismos donde se realiza el contacto entre el

lquido que baja y el gas que sube.

Los ductos pueden ser simples orificios o

estructuras compuestas por partes rgidas o

movibles cuya funcin es ayudar a impedir el

desplazamiento del lquido hacia abajo a

travs de los ductos, facilitando el transporte

del gas hacia arriba de modo de forzar

el contacto gaslquido sobre la parte activa

del plato.

Existen platos con dos y tres bajantes cada uno, platos de chimeneas y otros

para funciones especiales.


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APLICACIONES DE LA ABSORCIN:

El proceso de absorcin se emplea para retirar contaminantes de una corriente

producto que pueden afectar a la especificacin final o grado d pureza. Adems

la presencia de ciertas sustancias aunque sea en proporciones muy pequeas

puede afectar a las propiedades globales de un producto y puede ser que esto

no interese en ningn sentido.

La absorcin se emplea sobre todo para retirar los contaminantes gaseosos de

una corriente de gas saliente de un proceso como resultado por ejemplo de una

combustin.

Tambin se emplea para eliminar olores, humos y otros componentes txicos.

Se puedeneliminar contaminantes de la corriente producto como:dioxido de

azufre, sulfuro de hidrgeno, cido clorhdrico, xidos de nitrgeno, cloro,

dixido de carbono, amoniaco, dixido de cloro, cido fluorhdrico, aminas,

mercaptanos, xido de etileno, alcoholes,fenol, formaldehido, olores, cido

sulfrico, cido actico.

Ejemplos de procesos en los que aparecen unidades de absorcin son:

Eliminacin de SO2

Una de las aplicaciones ms importantes del proceso de absorcin se

encuentra en las centrales trmicas para eliminar los contaminantes de

corriente gaseosa de salida, principalmente el SO2 y CO2.

Para conseguir la absorcin del dixido de azufre de los gases de escape de

una

combustin se pueden usar numerosos agentes de absorcin, entre ellos: cal,

piedra caliza, xido de magnesio, sosa, agua de mar o lcalis dobles.

Posteriormente se puede proceder a la recuperacin del dixido de azufre o del

cido sulfrico, o bien fabricar yeso a partir del producto de desecho.

El dixido de azufre se emplea en la fabricacin de cido sulfrico. El proceso

consiste en una oxidacin del dixido para transformarlo a trixido, ste se


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absorbe despus en agua para dar lugar al cido. Se debe procurar que la

eracin de absorcin sea lo ms eficiente posible para evitar las emisiones de

xido sulfrico.

Asimismo se emplea la absorcin en la depuracin del gas de sntesis. Es

necesario eliminar de la corriente producto del gas de sntesis compuestos

sulfurados (sulfuro de hidrgeno y sulfuro de carbonilo) y el dixido de carbono

presente. La absorcin de los compuestos de azufre puede ser fsica o

qumica. En el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o

dimetilter, mientras que para la absorcin qumica se utilizan soluciones

acuosas de aminas (MEA, DEA). Para la descarbonatacin se procede de igual

manera pudiendo usarse adems una solucin acuosa de carbonato potsico

para la absorcin.

Otras aplicaciones son:

- En el caso de que aparezca amoniaco en agua, para eliminarlo, el tratamiento

a seguir consiste en un stripping con aire. Posteriormente se procede a la

recuperacin del amoniaco para poder reutilizar el aire.

- Para eliminar los xidos de nitrgeno se puede emplear un lavador con agua,

esto resulta bastante econmico pero la eficacia no es muy lta. Para mejorar el

proceso se pueden introducir determinados productos qumicos para que

reaccionen con estos xidos y fijen el nitrgeno en compuestos estables que go

se deben retirar del agua de desecho.

- En la fabricacin de cido ntrico una de las etapas el proceso consiste en la

absorcin de los gases nitrosos en agua para la obtencin del cido.


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TORRE EMPACADA O DE RELLENO

Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente deun gas y un lquido en la absorcin y tambin para el contacto de un vapor y unlquido en la destilacin. La torre consiste en una columna cilndrica quecontiene una entrada de gas y un espacio de distribucin en el fondo, unaentrada de lquido y un dispositivo de distribucin en la parte superior, unasalida de gas en la parte superior, una salida de lquido en el fondo y elempaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribucin queest debajo de la seccin empacada y se va elevando a travs de las aberturaso intersticios del relleno, as se pone en contacto con el lquido descendenteque fluye a travs de las mismas aberturas. El empaque proporciona unaextensa rea de contacto ntimo entre el gas y el lquido.

En las torres empacadas la importancia de la distribucin inicial de los lquidoses muy grande, pues determina, en cierta medida la eficiencia de la torre, engeneral se utiliza un nmero de distribuidores de 5 por 0.1m2 de seccintransversal de torre.


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La siguiente figura presenta el diagrama de un absorbedor empacado utilizadopara realizar las pruebas de campo. Este absorbedor presenta los siguientescomponentes:

o Una malla Metexo Un distribuidor de lquidoo Una rejilla retenedora de arrastre del empaqueo Anillos metlicos(Pall) de dos pulgadaso Una rejilla de soporte del empaqueo Un plato de salida de liquido

El dimetro interno del absorbedor es de 36pulgadas y la longitud neta de la

carcasa es 38 pies y 4 pulgadas. Fue diseado por la compaa Stearns-RogerManufacturing.

Originalmente la seccin del fondo del absorbedor de la figura, fue utilizadacomo un separador de una etapa convencional, con el fin de separar lacorriente de gas rico de la mezcla de gas rico, condensado y el etilenglicol.Puesto que para la corriente de gas rico se asumi que se haba alcanzado elequilibrio con respecto a la fase de condensado en el separador, la separacinliquido-liquido en el fondo del absorbedor se asumi que se realizabaindependientemente sin ninguna interaccin con el gas rico por encima de lafase de condensado.


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El empaque llamado tambin relleno de la torre debe ofrecer las siguientes

caractersticas:

Proporcionar una superficie interfacial grande entre el lquido y el gas

Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos (fraccin deespacio vaco en el lecho empacado debe ser grande). El empaquedebe permitir el paso de grandes volmenes de fluido a travs depequeas secciones transversales de la torre sin recargo o inundacin.

Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se estnprocesando

Ser estructuralmente fuerte para permitir el fcil manejo y la instalacin

Tener bajo precio

Los ms comunes son:

(a) Anillos Rasching

(b) Anillos con tabiques

(c) Relleno Gudloye

(d) Anillos Pale

(e) Relleno Spreypack (f) Montura de Berl

(g) Relleno de rejilla de madera. Anillos Lessing, Anillos en espiral.Monturas Intalox.


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Las torres rellenas pueden trabajar en diferentes regmenes hidrodinmicos.Generalmente, la velocidad del gas influye en la cantidad de lquido retenido enelrelleno y por tanto en la resistencia hidrulica del relleno.Para pequeos valores de la velocidad del gas, el lquido forma una pelculadescendente cuya masa es prcticamente independiente de la velocidad del

gas. Este rgimen se conoce como rgimen pelicular.Si aumenta la velocidad del gas lo suficiente como para que resultenimportantes las fuerzas de rozamiento entre el gas y el lquido, la corrientelquida resulta frenada, aumenta el espesor de la pelcula y la cantidad delquido retenido en el relleno. ste se denomina rgimen de suspensin y secaracteriza por un aumento de la superficie mojada del relleno: al aparecerremolinos, salpicaduras con pequeos borboteos de gas en el lquido,disminuye la intensidad del proceso de transferencia de masa.


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Si la velocidad del gas es tan elevada que la fuerza de rozamiento entre el gasy el lquido es suficiente como para equilibrar la fuerza de gravedad del lquidodescendente, se establece una capa continua del lquido en el interior delrelleno, en la cual deber burbujear el gas. ste se denomina rgimen deemulsin, se caracteriza por una elevada resistencia hidrulica y por unaintensificacin del contacto gas-lquido.La velocidad para la cual el gas es capaz de establecer una capa de lquido entodo el relleno se denomina velocidad de inundacin, su valor se determinagrficamente o mediante ecuaciones empricas.La velocidad de inundacin es una condicin lmite de los procesos deabsorcin, su valor depende principalmente del flujo de lquido, de su densidady viscosidad y de las caractersticas del relleno.

CASOS PRESENTES EN UNA TORRE EMPACADA

1) ESCALA COMERCIAL: ABSORCION DE NO2 EN TORREEMPACADA

Dentro de la torre de absorcin se remueve el NO2 por absorcin en unasolucin acuosa que contiene Bisulfuro de sodio (NaHS) e hidrxido de sodio(NaOH), la cual circula internamente por las torres empacadas. El gascontaminante ingresa por la parte inferior de la primera torre y se eleva en

contracorriente con la solucin que es aplicada por la parte superior de la torre.La reaccin ocurre entonces ayudada por el empaque, cuya forma circularpatentada provee una mayor superficie de contacto entre el gas y la solucinqumica. Este empaque hace que la eficiencia de remocin sea bastanteelevada y su forma esfrica filamentosa evita cualquier tipo de colmatacin uobstruccin.

TIPO DE EMPAQUE: TRI- pack

El tipo de empaque usado en este sistema de absorcin de NO2 es el TRI-PACK, es un tipo de empaque de forma esfrica hueca, hecho de plsticomoldeado por inyeccin, construido de una nica red de costillas, puntales yvarillas de goteo, los hay de tamao, 1,1 , 2 y 3 de dimetro. Su

geometra es simtrica hecha de una red nica de costillas, puntuales y varillasde goteo que dan un buen rendimiento. Tiene un alto espacio vaco, superior aempaques de un tamao similar. Este empaque tiene una alta rea superficialactiva exponiendo toda su superficie para ser humedecida durante la operacinde la torre de absorcin.


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Caractersticas:

Son empaques en forma esfrica y huecos hechos de plsticos

moldeados por inyeccin, disponible en cuatro tamaos: 1, 1 , 2 y 3.

Simetra geomtrica hecho de una nica red de costillas, puntuales yvarillas de goteo.

Alta rea superficial activa y capacidad operativa.

Extremadamente bajas cadas de presin.

Resistente al taponamiento, empozamiento o acumulacin en lasparedes de la torre.

Un alto punto de inundacin.

EQUIPOS (COMPONENTES):

Colector de polvos

Torre de absorcin

Ventilador

Tanques de almacenamiento

Tuberas y ductos

Bombas

2) ESCALA PILOTO: ABSORCION DE NO2 EN TORRE EMPACADACON SOLUCION ACUOSA DE Na2SO3

La prueba de absorcin de NO2 se llevaron a cabo en una planta pilotoconstruidas por fabricantes Kunstoff, Co. La planta consta de un sistema demezcla de gases, un depurador de gas, un sistema de control y una unidad demonitoreo NOx. El sistema de mezcla de gases es capaz de producir una gran

variedad de composiciones de gas, mezclando aire con altas concentracionesde NO2 desde cilindros. El NO2 contenido en la corriente de aire adems pasaa travs de la torre de lavado donde el NO2 es absorbido. Se toman muestraspara determinar las concentraciones de entrada y salida de NO2 y a travs declculos se determina la eficiencia de remocin.Despus que el NO2 es inyectado en la corriente de aire, toda la corriente pasapor una seccin de empaque Tellerette para una mejor mezcla. El NO2contenido en el aire y bien mezclado luego es transportado al lavador de gases,donde se producen la absorcin y la reaccin qumica.


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Las concentraciones de Na2SO3 en las soluciones de lavados sonmonitoreadas y controladas por la medida de potencial oxido reduccin. Unabomba de circulacin retira la solucin de lavado desde el fondo y la bombeahasta el tope para ser rociada en el lecho empacado, en contracorriente con elflujo de gas. La velocidad de bombeo es controlado mediante la regulacin dela velocidad de recirculacin.

TIPO DE EMPAQUE: Tellerette.

Es un empaque con un diseo de hlice toroidal y de construccin filamentosa,que lo hace ms eficaz que los empaques convencionales para la transferenciade masa. Disponible en materiales termoplsticos, incluyendo Polipropileno,Polietileno, PVC, CPVC y PVDF. Soporta temperaturas de funcionamientohasta 300F(149C) y tienen excelente resistencia a la corrosin. En conjunto

las propiedades fsicas de estos empaques contribuyen a la reduccin decostos operativos y aumentan la capacidad de proceso en industrias talescomo metales primarios, acabados de metales, procesamiento qumico,procesamiento de alimentos, produccin de cloro, soda caustica, celulosa ypapel, y la fabricacin de fertilizantes fosfatados.

Caractersticas:

Capacidad de manejar mayores flujos de gas

Dan mayor capacidad y mayor eficiencia a torres ya existentes Dan bajas cadas de presin que reducen los costos operativos

El diseo de estructura abierta permite minimizar el ensuciamiento(slidos en suspensin) y adems evita las inundaciones.

Un lecho de poca altura proporciona una eliminacin de las gotaspequeas arrastradas por el gas (neblina).

Pregunta 3

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