TEMA 4. ABSORCIÓNLa dirección de la transferencia de materia a través de la interfase NO depende...

TEMA 4. ABSORCIÓN

4.1. Fundamento

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ÍNDICE

4.2. Equipos

4.3. Transferencia de materia G-L con contacto continuo

4.4. Absorción y desabsorción de un solo componente

4.1. Fundamento

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ABSORCIÓN:

• Operación de separación en la que una o más sustancias de una mezcla gaseosa se

eliminan por contacto con un líquido adecuado.eliminan por contacto con un líquido adecuado.

• Segunda operación de separación más frecuente (tras rectificación)

• Operación controlada por la difusión

• Ejemplos:

� Lavado de gases de coquización con agua (absorción de NH3)

� Lavado de HCs gaseosos con soluciones alcalinas (absorción de H2S)

� Eliminación de acetona en mezclas acetona/aire por absorción en agua� Eliminación de acetona en mezclas acetona/aire por absorción en agua

• Transferencia de materia desde la fase L a G: desabsorción o stripping

• Tipos:

o Con Reacción Química: SH2-gas natural con soluciones alcalinas

o Sin Reacción Química: Acetona-aire con agua

REQUISITOS DEL DISOLVENTE:

• Elevada solubilidad del soluto/s a separar.

• Baja volatilidad

4.1. Fundamento

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• Baja volatilidad

• Bajo coste

• Baja viscosidad

• No corrosivo Baja toxicidad

• Baja reactividad

• Bajo punto de congelación

• Torres de relleno

4.2. Equipos

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• Torres de relleno

Requisitos del relleno

• Proporcionar un gran área superficial

4.2. Equipos

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• Facilitar la distribución uniforme del líquido sobre su superficie

• Tener una estructura abierta

• Facilitar el paso uniforme del vapor a través de toda la sección de la

columna

• Ser químicamente inerte frente a los fluidos de la torre

• Ser mecánicamente resistente, sin tener un peso excesivo

• Tener un coste razonable

4.2. Equipos

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4.2. Equipos

TEMA 4. ABSORCIÓN

Imagen de dos distribuidores

• Torres de pisos

4.2. Equipos

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- Condiciones que favorecen las columnas de relleno:

1. Columnas de pequeño diámetro (D <0,6 m � el relleno es más económico)

2. Medios corrosivos

4.2. Equipos

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3. Destilaciones críticas a vacío, donde son imprescindibles caídas de presión bajas

4. Bajas retenciones de líquido (si el material es térmicamente inestable)

5. Líquidos que forman espuma (debido a que en columnas de relleno la agitación es menor)

- Condiciones que favorecen las columnas de pisos:

1. Cargas variables de líquido y/o vapor

2. Presiones superiores a la atmosférica

3. Bajas velocidades de líquido3. Bajas velocidades de líquido

4. Gran número de etapas y/o diámetro

5. Elevados tiempos de residencia del líquido

6. Posible ensuciamiento (las columnas de platos son más fáciles de limpiar)

7. Esfuerzos térmicos o mecánicos (que pueden provocar la rotura del relleno)

8. Es más fácil colocar serpentines de refrigeración (en caso necesario)


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TEMA 4. ABSORCIÓN

La dirección de la transferencia de materia a través de la interfase NO depende de la diferencia de concentraciones entre las fases

Depende de:


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• Relaciones de equilibrio• Diferencia de concentraciones de las fases respecto al equilibrio

Depende de:


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Gases como O2, SH2, CO2, NH3 a presiones moderadas cumplen la Ley de Henry

Caso A: Solutos muy solubles en la fase líquida ⇒⇒⇒⇒ Resistencia de la fase gaseosa controlante

gas líquidodA∞→ll Kk , ∞→− l

k

klioi

k

k

cc

pp −=−−


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ce

co = c

po = pe

p∞→ll Kk , ∞→−

gkgioi kcc−=

−

Caso B: Solutos poco solubles en la fase líquida ⇒⇒⇒⇒ Resistencia de la fase líquida controlante

gas líquidodA∞→gg Kk , 0≈− l

k

klioi kpp −=−−


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c

ce = co

p = po

pe

∞→gg Kk , 0≈−gkgioi kcc

−=−

c

V’, L’: Caudales molares de las corrientes gas y

líquido, respectivamente, en base libre de


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líquido, respectivamente, en base libre de

soluto

Y, X: Razones molares de soluto de las corrientes gas

y líquido, respectivamente, en base libre de

soluto

xc ( )c ∴−

=−

=i

i

it

ii x

x

cc

cX

1

∴−

=−Π

=i

i

i

ii y

y

p

pY

1

( )iit

i XLcc

cLL +⋅=

−+⋅= 1'1'

( )ii

i YVc

pVV +⋅=

−Π+⋅= 1'1'

[4.7]

[4.8]

[4.9]

[4.10]


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Balance de soluto en dh:

( )dXXLYVXLdYyV +⋅+⋅=⋅++⋅ ''')(' ( )dXXLYVXLdYyV +⋅+⋅=⋅++⋅ ''')('

dXLdYV ⋅−=⋅− '' [4.11]

[4.12]

( ) ( ) dccc

cLdp

pV

t

t22 ''

−−=

−ΠΠ−

[4.7] [4.8]

( ) ( )ccp t −−Π


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Integrando entre los límites que abarque el relleno:

( )

−+=∴−⋅=−⋅ 2222 '

'

'

' ')(' X

V

LYX

V

LYXXLYYV[4.11] [4.13]

')('2

2

2

2

−−

−⋅=

−Π−

−Π⋅

cc

c

cc

cL

p

p

p

pV

tt[4.12] [4.14]


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A partir de [4.1] y [4.12], y teniendo en cuenta que :

[4.15]dhSadA ⋅⋅=

Siendo “a” la superficie de contacto entre las dos fases por unidad de volumen de relleno

( ) ( )∫ −−Π⋅⋅Π=

1

2

2

'p

p ioiig

i

pppak

dp

S

Vh

Siendo “a” la superficie de contacto entre las dos fases por unidad de volumen de relleno

Mediante integración entre los límites de la columna:

[4.16]

( )∫

−

−⋅⋅

=1

2

2

1

'c

c

iiot

itl

i

ccc

ccak

dc

S

Lh [4.18]

( ) ( )∫ −−Π⋅⋅Π=

1

2

2

'p

p ieiiG

i

pppaK

dp

S

Vh [4.17] ( )

∫−

−⋅⋅

=1

2

2

1

'c

c

iiet

itL

i

ccc

ccaK

dc

S

Lh

[4.19]

NOTA: los coeficientes no salen de las integrales porque no son constantes


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Simplificaciones:

• Coeficientes individuales: suelen considerarse constantes

• Coeficientes globales: dependen de la composición

Simplificaciones:

• Una de las dos fases es controlante

• Se cumple la ley de Henry

Coeficientes globales

KL y KG constantes:

Teniendo en cuenta las expresiones [4.7] y [4.8], las ecuaciones [4.16] a [4.19] en función

de las razones molares:

( )( )'L( )( )

( )∫ −++

Π⋅⋅=

1

2

11' Y

Y o

o

g YY

dYYY

akS

Vh

( )( )( )∫ −

++Π⋅⋅

=1

2

11' Y

Y e

e

G YY

dYYY

aKS

Vh

( )( )∫ −

++⋅⋅

=1

2

11' X

X o

o

tl XX

dXXX

cakS

Lh

( )( )∫ −

++⋅⋅

=1

2

11' X

X e

e

tL XX

dXXX

caKS

Lh

[4.20]

[4.21]

[4.22]

[4.23]


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Mezclas diluidas:

• Concentraciones de soluto < 15%

• La presión parcial del gas portador permanece constante y casi coincidente con

yp

p

pY =

Π≅

−Π= [4.24] [4.26]

• La presión parcial del gas portador permanece constante y casi coincidente con

la presión total.

• Los coeficientes individuales de transferencia de material son casi constantes a lo

largo de la columna.

• La concentración de soluto es suficientemente reducida para que se cumpla:

( ) '1' VYVV ≅+=p Π−Π

[4.25] [4.27]xc

c

cc

cX

tt

=≅−

= ( ) '1' LXLL ≅+=


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[4.29]

Mezclas diluidas:

∫=1' Y

dYSV

h ∫=1' X

dXSL

h[4.28] [4.29]∫ −Π⋅⋅=

2Y og YYakSh ∫ −⋅⋅

=2X Otl XXcak

Sh[4.28]

Simplificaciones (I):

• Una de las dos fases es controlante

• Se cumple la ley de Henry

∫ −Π⋅⋅=

1

2

' Y

Y eG YY

dY

aKS

Vh ∫ −⋅⋅

=1

2

' X

X etL XX

dX

caKS

Lh[4.30] [4.31]


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Mezclas diluidas:

Simplificaciones (II):

• Los datos de equilibrio se ajustan a una recta• Los datos de equilibrio se ajustan a una recta

[4.29]

∫ −Π⋅⋅=

1

2

' Y

Y og YY

dY

akS

Vh

∫=1' X

dXSL

h

[4.28]( )mlo

Y

Y o YY

YY

YY

dY

−−=

−∫ 211

2

( )X

XX

XX

XX

dX

−−=

−∫ 211

[4.29]∫ −⋅⋅=

2X Otl XX

dX

cakSh ( )mloX o XXXX −

=−∫

2

( ) ( ) ( )

−−

−−−=−

022

011

022011

XX

XXLn

XXXXXX mlo( ) ( ) ( )

−−

−−−=−

022

011

022011

YY

YYLn

YYYYYY mlo

Bibliografía

TEMA 4. ABSORCIÓN

• Operaciones de Separación por Etapas de Equilibrio en Ingeniería Química. E.J.

Henley y J.D. Seader. Editorial Reverté. Barcelona, 1988. ISBN: 8429179089

• Mass-Transfer Operations. R.E. Treybal. Editorial McGraw-Hill. 1981.ISBN: • Mass-Transfer Operations. R.E. Treybal. Editorial McGraw-Hill. 1981.ISBN:

0070666156

• Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. McCabe, Warren L. McGraw Hill.

2007. ISBN: 9789701061749.

• Operaciones de Separación en Ingeniería Química. Métodos de Cálculo. P. J.

Martínez de la Cuesta, E. Rus Martínez. Editorial Pearson Educación. España

2004. ISBN: 84205425042004. ISBN: 8420542504

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