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COLUMNAS DE ADSORCIÓNTransferencia de Masa I

J. Larios, C. Loaiza, E. Martínez, V. Movil, K. Torrenegra, M. Zamora

INTRODUCCIÓN• 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.

• El fluido se hace pasar por el lecho y las partículas sólidas adsorben componentes del fluido. Cuando el lecho esta casi saturado, el flujo se detiene y el lecho se regenera térmicamente o por otros métodos, de modo que ocurre una deserción.

• En el campo de las separaciones gaseosas, la adsorción se utiliza para deshumidificar aire y otros gases, para eliminar olores e impurezas desagradables de gases industriales y para recuperar vapores valiosos de disolvente a partir de mezclas diluidas con aire y otros gases.

TIPOS DE ADSORCIÓNFisisorción • Proceso fácilmente reversible• Se da por las fuerzas de Van der Waals• El adsorbato conserva su naturaleza química• La sustancia adsorbida no penetra dentro de

la red cristalina ni se disuelve en ella

TIPOS DE ADSORCIÓNQuimisorción• Interacción química entre el sólido y la sustancia adsorbid• Puede que no se formen compuestos químicos• El calor liberado es comúnmente grande• Proceso frecuentemente irreversible

Características generales de la adsorción

• La adsorción es un proceso exotérmico, mientras que la desorción es un proceso endotérmico.

• Es un fenómeno reversible en la mayor parte de los casos.

• No trae consigo cambios de volumen en el sólido adsorbente.

• A igual presión, la cantidad de gas adsorbido decrece al aumentar la temperatura, mientras que a igual temperatura, incrementos de presión conducen a incrementos en la masa adsorbida.

• La adsorción es selectiva. Algunos gases son adsorbidos extensamente, otros lo son ligeramente y otros no lo son.

LOS ADSORBENTES• Un adsorbente es un sólido que tiene la capacidad de retener sobre su superficie un componente presente en corrientes líquidas o gaseosas.

•El adsorbente dispone de nanoporos, lo que se conoce como centros activos, en los que las fuerzas de enlace entre los átomos no están saturadas.

LOS ADSORBENTESPara un lecho fijo, por ejemplo:

• No deben ofrecer una caída de presión del flujo muy grande.

• No deben ser arrastrados con facilidad por la corriente que fluyen.

• Deben tener adecuada consistencia para que no se reduzca su tamaño al ser manejados, o para que no se rompan al soportar su propio peso en lechos del espesor requerido.

• Si se van a sacar y meter con frecuencia de los recipientes que los

contienen, deben fluir libremente.

Principales Adsorbentes Arcillas activadas Alúmina

Carbones activados Silica gel

EQUILIBRIO DE ADSORCION

Las tres formas fundamentales de representar el equilibrio de adsorción en función de las variables que dependen del mismo son las siguientes:

• Presión constante (Isobaras de adsorción).• Concentración de adsorbato en el adsorbente constante (Isósteras de

adsorción).• Temperatura constante (Isotermas de adsorción).

GASES Y VAPORES SENCILLOS• En muchos aspectos, las características

de la adsorción en el equilibrio de un gas o vapor sobre un sólido son similares a la solubilidad en el equilibrio de un gas en un líquido.

• En la figura se muestran varias isotermas de adsorción en el equilibrio para un carbón activado particular como adsorbente, en donde la concentración de gas adsorbido (el adsorbato) sobre el sólido se grafica contra la presión parcial en el equilibrio p* del vapor o gas a temperatura constante.

Generalidades y ecuaciones características de las operaciones de adsorción

• Adsorción del soluto a partir de soluciones diluidas

• Ecuación de Freundlich• Adsorción por etapas• Adsorción a contracorriente en dos

etapas• Adsorción a contracorriente en varias

etapas

Simbología

Etapa teórica o ideal

Adsorción

Línea recta de operación

pendiente

Puntos contenidos sobre la isoterma de adsorción

Adsorción del soluto a partir de soluciones diluidas

Adsorción aparente del soluto

Adsorción de soluto + solventeConcentración del solutoTemperatura del solventeTipo de adsorbente

El grado de adsorción de un soluto determinado decrece siempre que aumenta la temperaturaEl grado de adsorción del soluto es mayor , cuanto menor sea la solubilidad en el disolvente

Ecuación de FreundlichAplicada Grado pequeño de concentración y

soluciones diluidas

Operaciones de adsorciónAplicaciones industriales de la adsorción

• Recuperación de vapores a partir de mezclas diluidas con gases • Recuperación del

soluto y eliminación de contaminantes indeseables en una solución• Fraccionamientos de mezclas gaseosas y liquidas

Contacto continuo

Métodos

Etapas

Adsorción por etapas

Importante:Se requiere del contacto intimo entre las dos fases insolubles durante el tiempo suficiente para que se de una aproximación razonable al equilibrio

Operación: > Lotes> Continuo> Semicontinuo

Se absorbe el soluto mas fuertemente en comparación con la solución

Ecuación Freundlich para operación por etapas

Ecuación Freundlich

Condiciones de equilibrio

Condiciones iniciales

Adsorción a contracorriente en dos etapas

•Economía • Uso de pequeñas cantidades de

adsorbente

•Varios lotes

BALANCE DE MASA

Etapa 1

Etapa 2

Ecuación de Freundlich

Etapa 1

Etapa 2

Cantidad de adsorbente a utilizar

Adsorción a contracorriente en varias etapas

Mucha mayor economía

Operación continua en Np etapas

BALANCE DE MASA

Línea de operación

Grafica para múltiples etapas

Si resultan dos etapas y se utiliza adsorbente fresco al final de la etapa

Ecuación de Freundlich resulta:

Etapa 1 Etapa 2

Secado de aire con sílica gel

Torre de adsorción. Operación continua

Balance de soluto en toda la torre

Rapidez de transferencia de masa a lo largo de una altura Z

Número de unidades de transferencia

Resistencia Adicional

MUCHAS GRACIAS!