1. Fundamentos tericos de funcionamiento del equipo asignado.

1.1 DefinicinLa absorcin es una operacin unitaria en donde un soluto A, o varios solutos, se absorben desde la fase gaseosa a la liquida. Dicho proceso implica una difusin molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A, a travs del gas B, que no se difunde hacia un lquido C. Cuando un gas absorbido en un lquido es separado por medio de otro gas (no soluble en el lquido) la operacin se denomina desorcin.

1.2 Procedimientos de diseoLos pasos principales incluidos en el diseo de una torre de absorcin o separacin son:a) Los Datos de las relaciones de equilibrio vapor-liquido del sistema se utilizan para determinar: La cantidad de lquido necesaria para absorber la cantidad requerida de los componentes solubles del gas o La cantidad de gas necesaria para separar la cantidad requerida de los componentes voltiles de un lquido Los datos sobre la capacidad de manejo de vapor y lquido del equipo considerado se utilizan para determinar el rea de seccin transversal requerida y el dimetro del equipo a travs del cual vana fluir las corrientes de gas y lquido. Los datos de equilibrio y los balances de materia se utilizan para determinar el nmero de etapas de equilibrio (platos tericos o unidades de transferencia) requeridas para la separacin deseada.

1.3 Descripcin del procedimiento general de diseo

1.3.1 Eleccin del disolvente para la absorcinEl agua es el disolvente ms barato y ms completo. Sin embargo deben considerarse las siguientes propiedades: Solubilidad del Gas: Debe ser elevada a fin de aumentar la rapidez de absorcin y disminuir la cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza qumica similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Volatilidad: El disolvente debe tener presin de vapor baja, puesto que el gas saliente en una operacin de absorcin generalmente est saturado con el disolvente y en consecuencia puede perderse una gran cantidad. Corrosivo: los materiales a utilizar en el diseo del equipo no deben ser raros o costosos. Costo: El disolvente debe ser barato, de modo que las prdidas no sean costosas. Viscosidad: Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez de la absorcin, mejores caractersticas en la inundacin de las torres de absorcin, bajas cadas de presin en el bombeo y buenas caractersticas de transferencia de calor. Estabilidad qumica: El solvente debe ser qumicamente estable y de r Toxicidad Bajo punto de congelamiento. Toda solidificacin del disolvente dentro de la columna la hace inoperable.

1.3.2 Solubilidad y equilibrioAl poner en contacto un gas con un lquido en el cual es soluble, las molculas de gas pasan al lquido formando una disolucin con aquel, y al mismo tiempo las molculas disueltas en el lquido tienden al volver a la fase gaseosa, establecindose un equilibrio dinmico entre las molculas de gas que pasan a la disolucin y las que retornan a la fase gaseosa. La solubilidad de gas en el lquido es funcin de: Naturaleza de ambos componentes Temperatura Presin parcial del gas en la fase gaseosa Concentracin del gas disuelto en el liquidoLa solubilidad de cualquier gas depende de la temperatura, y de la forma descrita por vant Hoff para el equilibrio mvil: Si se aumenta la temperatura de un sistema, ocurrir un cambio durante el cual se absorber calor, as cuando se disuelve un gas en un lquido suele haber desprendimiento de calor, la solubilidad del gas disminuir al elevarse la temperatura, lo que se utiliza prcticamente para eliminar los gases disueltos en un lquido por calentamiento del mismo. Por otra parte, la solubilidad aumenta con la presin parcial del gas. Si se trata de un sistema multicomponente, la solubilidad de equilibrio de cada gas ser independiente de los dems, siempre y cuando el equilibrio se describa en funcin de las presiones parciales en la mezcla gaseosa. Si todos los componentes del gas, excepto uno, son bsicamente insolubles, sus concentraciones en el lquido sern tan pequeas que no podrn modificar la solubilidad del componente relativamente soluble, entonces se puede aplicar la generalizacin. Si de lo contrario, los componentes de la mezcla son apreciablemente solubles, le generalizacin ser aplicable nicamente si los gases que se van a disolver son indiferentes ante la naturaleza del lquido, esto suceder en el caso de la soluciones ideales. Las solubilidades de gases en lquidos se expresan de diferentes modos: en forma numrica, por medio de tablas, en forma grfica, representando presiones parciales o relaciones molares frente a concentraciones, y es

1.3.3 Diseo de una torre de absorcin de platosEl diseo de las columnas de platos se basa en los principios de los clculos para la determinacin del nmero de platos tericos, para conseguir una concentracin determinada a partir de la tcnica de absorcin de gases.La utilizacin de las columnas de platos se realiza bsicamente en operaciones a gran escala.Las caractersticas de aplicacin son:- Tienen un contacto discontinuo con el gas.- Gran dimetro del gas.- Se utilizan cuando hay slidos en suspensin.- Se aplica en los casos que puedan haber cambios bruscos de temperatura.- Se utilizan cuando de debe trabajar con presiones elevadas.Generalmente la operacin de absorcin de gases, igual que en otras operaciones bsicas, como pueden ser la desorcin y la rectificacin, se realizan en columnas que son iguales que en el caso de una torre o columna de absorcin con relleno. Son cuerpos cilndricos dispuestos en posicin vertical. En su interior se pueden encontrar unos dispositivos (bandejas, platos,...) El objetivo principal de estos platos es proporcionar una gran superficie de contacto entre las dos fases: la fase gaseosa y la fase lquida.Los platos o bandejas se ponen en contacto con la fase lquida y el gas en contracorriente. Lo que transcurre es una transferencia de materia a causa del gradiente de concentracin.El diseo de las columnas de platos se basa en los principios de los clculos para la determinacin del nmero de platos tericos, para conseguir una concentracin determinada a partir de la tcnica de absorcin de gases.La utilizacin de las columnas de platos se realiza bsicamente en operaciones a gran escala.Las caractersticas de aplicacin son:- Tienen un contacto discontinuo con el gas.- Gran dimetro del gas.- Se utilizan cuando hay slidos en suspensin.- Se aplica en los casos que puedan haber cambios bruscos de temperatura.- Se utilizan cuando de debe trabajar con presiones elevadas.

1.3.4 Tipos de platos Platos perforados:Son placas con perforaciones que pueden ser de diferentes tamaos. Su construccin es la ms sencilla de todas. Platos de campana de barboteo:Son los ms utilizados a lo largo de la historia, y por lo tanto hay de muchas formas y tamaos. Las campanas estn colocadas encima de unos conductos de subida. Platos de vlvula:Es un modelo que se encuentra en el medio de los dos tipos de platos anteriores. Su construccin consiste en un agujero donde encima hay una vlvula, la cual se eleva con el paso de la corriente de lquido. Es muy similar al de campana de barboteo.2. Modelo matemtico que describe el funcionamiento del equipo.

El clculo principal a la hora de disear una torre de absorcin de platos consiste en determinar el nmero de platos que tendr dicha torre.

2.1 Mtodo Grfico: Este mtodo consiste en utilizar una representacin grfica de los diagramas de equilibrio de las sustancias en la torre (soluto y solvente) y de una lnea de operacin de la torre que se obtiene a partir de los balances de materia y las composiciones iniciales y finales en la parte inferior y superior de la torre. Estas dos lneas permiten desarrollar una serie de escalones que en nmero representan los platos tericos que debe llevar la torre de absorcin. La siguiente figura representa un ejemplo de lo dicho anteriormente.Conociendo lo anterior se procede a desarrollar un modelo matemtico:Balance global.

Balance de A.

Balance de L.

Balance de G.

Plato NPlato n+1Plato n-1Plato 1

Despejando de [3] y de [4] tenemos respectivamente:

Reemplazando en [2].

Representa fracciones en base libre de inertes.

Despejando.

Parte inferior de la torre. Parte superior de la torre. Lnea de operacin. Lnea de equilibrio.

Por lo general se conocen las composiciones en la parte superior de la torre del componente a retirar tanto en el lquido como en el gas. Se conoce tambin la pendiente de la lnea de operacin y la composicin del soluto en el gas cuando ingresa a la torre, con estos datos y con la ayuda de la grfica se obtiene la composicin de soluto a la salida en el lquido (parte inferior de la torre). Con todos estos datos y con la ayuda de la grfica se puede obtener el nmero de platos necesarios para la torre de absorcin que se desea.En cuanto a la eficiencia de la torre se puede obtener mediante la eficiencia global que como su nombre lo dice es para todo el equipo y la eficiencia de Murphree que permite hallar la eficiencia en plato.

Eficiencia global: Se obtienen teniendo en cuenta las propiedades de los fluidos.

Eficiencia de Murphree: permite hallar la eficiencia en cada plato.

Representa lo que debera salir si la etapa fuese ideal.

La eficiencia de Murphree depende de:

El tiempo de contacto del mezclado. Condiciones de flujo de lquido y gas dentro del plato Del tipo de plato.

Por ejemplo si se tiene una eficiencia del 60%, se trazan muchas lneas paralelas y verticales que unan la lnea de operacin con la de equilibrio y a la medida de cada lnea se le saca el 60%, esta medida representa un punto en dicha lnea. Al a hacer lo mismo con todas, se obtiene una serie de puntos que al unirlos generan otra lnea parecida a la de equilibrio. Sobre esta nueva lnea se dibujan los escalones y se obtiene un nuevo nmero de platos que por lgica aumentan.Por otra parte, la eficiencia global se puede calcular a partir de la eficiencia de plato teniendo en cuenta las siguientes condiciones: Para gases ideales, deben cumplir con la ley de Raoult (Lnea recta) Para soluciones diluidas, deben cumplir la ley de Henry (Lnea recta)

Cumplidas estas condiciones, se tiene la siguiente ecuacin:

A: Factor de absorcin M: Pendiente de la lnea de equilibrio.

3. Ejemplos de procesos donde se utiliza el equipo asignado.

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 absorbe despus en agua para dar lugar al cido. Se debe procurar que la separacin 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 de 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. E el primer caso los agentes empleados suelen ser glicol o dimetil-ter, mientras que para la absorcin qumica se utilizan soluciones acuosas de aminas (MEA, DEA). Para la des carbonatacin 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 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 no 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

4. Materiales elegidos para la construccin del equipo asignado.

i

1

5. Cronograma de actividades.

Mdulo de Operaciones unitarias II

actividad MesNoviembreDiciembreEnero

Semana123412341234

1Revisin fundamentos tericos

2Bsqueda de materiales a emplear

3Cotizacin de precios de materias primas, materiales y dems

4Diseo y simulacin

5Diseo de platos

6Elaboracin de la torre

7Elaboraciones platos

8Ensayos de operacin

9Resolucin de inconvenientes

10Presentacin

6. Referencias bibliogrficas

1. Geankoplis Christie J.Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Ed. C.E.C.S.A.2. McCabe W. L., Smith J. C. Y Harriott P. Operaciones Bsicas de Ingeniera Qumica.Ed. Reverte.3. Treybal Robert E. Operaciones De Transferencia De Masa. Ed. Mcgraw-Hill.4. J. D. Seader & E. J. Henley. Operaciones de Separacin por Etapas de Equilibrio en Ingeniera 5. Ocon Garca J. Tojo Barreiro G. Problemas de Ingeniera Qumica Operaciones Bsicas.6. ABSORCIN DE GASES: MTODO DE CLCULO EN CONTACTO DISCONTINUO UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO, INSTITUTO DE INVESTIGACIN DE INGENIERA QUMICA, ING. FABIO MANUEL RANGEL MORALES7. Planta piloto de absorcin de gases. Universidad Politcnica de Catalunya. Disponible en: http://epsem.upc.edu/~plantapilot/castella/introduccio.html