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8/16/2019 288805066 Adsorcion e Intercambio Ionico

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República Bolivariana de Venezuela.

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politcnica de la !uerza "rmada Nacional

Bolivariana.

Estado "nzo#te$ui % Extensi&n Puerto P'ritu

(n$enier'a Petro)u'mica % V(( *emestre

Adsorción e IntercambioIónico

Docente:

(n$. +os Ram'rez Bachilleres:

Rosa V., -uis ". .(./ 01.223.010

*alazar P., Mar4 .(./ 01.563.738

"costa 9., "na E. .(./ 00.::8.322

Puerto P'ritu, 06 de ;unio de 0.123


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Índice

Cont. Pág.

IntroducciónAdsorción


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Introducción

-a utilizaci&n de sustancias en estado s&lido para la separaci&n de diversos

elementos a partir de soluciones l')uidas o $aseosas es bien conocida 4 su

aplicaci&n se remonta a pocas b'blicas. Este fen&meno se denomina adsorci&n 4

su funcionamiento preferencial a ciertos elementos se encuentra determinado con

respecto al adsorbente. *u uso es mu4 difundido en diversos procesos

industriales, siendo una >erramienta vital para la separaci&n 4 la purificaci&n de

materias.

Esta operaci&n unitaria se puede aplicar en muc>os sistemas, bien sean

f'sicos, biol&$icos o )u'micos, 4 se involucra la separaci&n por la acumulaci&n en

la superficie del s&lido. Es de $ran importancia, debido a sus aplicaciones

múltiples en la industria )u'mica 4 en el laboratorio. *e usa la ma4or'a de las

ocasiones en la purificaci&n de corrientes l')uidas o $aseosas, en la decoloraci&n

4 para eliminar el sabor 4 olor de diversas sustancias )ue )uedan finamente

retenidas por los poros del adsorbente.

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Adsorción

-as operaciones de adsorci&n aprovec>an la capacidad especial de ciertos

s&lidos para >acer )ue ciertas sustancias espec'ficas de una soluci&n se

concentren en la superficie del mismo. De esta forma, pueden separarse unos de

otros, los componentes de soluciones $aseosas o l')uidas.

-a escala de operaci&n en las plantas industriales posee un inventario de

adsorbente )ue excede los 23? mil @$. El procedimiento es similar para todos los

casos, la mezcla a separar se pone en contacto con otra fase insoluble,

representado por el s&lido adsorbenteA 4 la distinta distribuci&n de los

componentes ori$inales entre la fase adsorbida en la superficie s&lida 4 el fluido

permite )ue se lleve a cabo una separaci&n.

Alicaciones industriales más comunes

9ases/

• Des>umidificaci&n del aire 4 otros $ases.

• Eliminaci&n de olores e impurezas desa$radables de $ases industriales

como di&xido de carbono.

• Recuperaci&n de vapores valiosos de disolvente a partir de mezclas

diluidas con aire 4 otros $ases.

• !raccionamiento de mezclas de $ases de >idrocarburos )ue contienen

sustancias como metano, etileno, etano, propileno 4 propano.

-')uidos/

• Eliminaci&n de >umedad disuelta en $asolina

• Decoloraci&n de productos de petr&leo 4 soluciones acuosas de azúcar.

• Eliminaci&n de sabor 4 olor desa$radables del a$ua.

• !raccionamiento de mezclas de >idrocarburos arom#ticos 4 paraf'nicos.

#ios de adsorción

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No existe solo un tipo de adsorci&n, puede >aber separaciones por lotes en

una sola etapa, separaciones cont'nuas en varias etapas 4 la ri$idez e inmovilidad

de un lec>o de part'culas adsorbentes s&lidas >ace posible la útil aplicaci&n de los

mtodos semi%continuos, )ue de nin$una manera son aplicables cuando se ponen

en contacto dos fluidos.

*in embar$o es importante >acer >incapi en la distinci&n de dos tipos de

adsorci&n, f'sicos 4 )u'micos.

"dsorci&n f'sica

Es tambin conocida como adsorci&n de Van der Caals. Es un fen&meno

f#cilmente reversible, )ue resultada de las fuerzas intermoleculares de atracci&nentre las molculas del s&lido 4 la sustancia adsorbida, no solo para los $ases sino

)ue tambin se observa en l')uidos.

Por e;emplo, cuando las fuerzas atractivas intermoleculares entre un s&lido

4 un $as son ma4ores )ue las existentes entre molculas del $as mismo, el $as se

condensar# sobre la superficie del s&lido, aun)ue su presi&n sea menor )ue la

presi&n de vapor )ue corresponde a la temperatura predominante. uando ocurra

esta condensaci&n, se desprender# cierta cantidad de calor, )ue $eneralmente

ser# al$o ma4or )ue el calor latente de evaporaci&n 4 parecida al calor de

sublimaci&n del $as. -a sustancia adsorbida no penetra dentro de la red cristalina

ni se disuelve en ella, sino )ue permanece totalmente sobre la superficie.

*in embar$o, si el s&lido es mu4 poroso 4 contiene muc>os pe)ueos

capilares, la sustancia adsorbida penetrar# en estos intersticios si es )ue la

sustancia >umedece al s&lido. -a presi&n de vapor en el e)uilibrio de una

superficie l')uida, c&ncava 4 de radio de curvatura mu4 pe)ueo, es menor )ue la

presi&n de una $ran superficie plana 4 por lo tanto la extensi&n de la adsorci&n

aumenta. -a presi&n parcial de la sustancia adsorbida estando en e)uilibrio es

i$ual a la presi&n de la fase $aseosa en contactoA disminu4endo la presi&n de la

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fase $aseosa o aumentando la temperatura, el $as adsorbido se elimina

f#cilmente.

-as operaciones industriales de adsorci&n dependen de su reversibilidad

para/

• Recuperar el adsorbente Fpara su reutilizaci&nG.

• -a recuperaci&n de la sustancia adsorbida.

• El fraccionamiento de mezclas.

"dsorci&n )u'mica

Hambin es conocido como )uimisorci&n, )uemisorci&n o adsorci&n

activada 4 mu4 importante para la cat#lisis. Es un fen&meno irreversible )ue

resulta de la interacci&n )u'mica entre el s&lido 4 la sustancia adsorbida. -a fuerza

de la uni&n )u'mica puede variar considerablemente 4 puede suceder )ue no se

formen compuestos )u'micos en el sentido usual.

-a fuerza de ad>esi&n es $eneralmente muc>o ma4or )ue la observada en

la adsorci&n f'sica. El calor liberado durante la )uimisorci&n es comúnmente

$rande, es parecido al calor de una reacci&n )u'mica. "l ser irreversible, en la

desorci&n la sustancia ori$inal >a sufrido un cambio )u'mico.

-a misma sustancia, )ue en condiciones de ba;a temperatura, sufrir#

esencialmente s&lo la adsorci&n f'sica sobre un s&lido, al$unas veces ex>ibe

)uimisorci&n a temperaturas m#s elevadasA adem#s, los dos fen&menos pueden

ocurrir simult#neamente.

$aturale%a de los adsorbentes

-os s&lidos adsorbentes, por lo $eneral, se utilizan en forma $ranular,

variando en tamao desde, aproximadamente, 20 mm de di#metro >asta $ranos

tan pe)ueos de ?1 I.

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-os s&lidos deben poseer ciertas propiedades )ue variar#n se$ún la

aplicaci&n. Por e;emplo, si se utilizan en un lec>o fi;o a travs del cual va a fluir un

l')uido o un $as, no deben ofrecer una calda de presi&n del flu;o mu4 $rande, ni

deben ser arrastrados con facilidad por la corriente en la cual flu4en.

*u consistencia debe ser la adecuada para )ue no se reduzca su tamao al

ser mane;ados o para )ue no se rompan al soportar su propio peso en lec>os del

espesor re)uerido.

= si se van a sacar 4 meter con frecuencia de los recipientes )ue los

contienen, deben fluir libremente.

Por otra parte, en cuanto a su capacidad de adsorci&n, s&lo ciertos s&lidosex>iben la suficiente especificidad 4 capacidad de adsorci&n para ser útiles como

adsorbentes industriales. Puesto )ue los s&lidos poseen frecuentemente una

capacidad mu4 espec'fica para adsorber $randes cantidades de ciertas

sustancias, su naturaleza )u'mica del s&lido tiene muc>o )ue ver con sus

caracter'sticas de adsorci&nA pero la simple identidad )u'mica no es suficiente

para caracterizar su utilidad.

Por e;emplo, en la extracci&n l')uida todas las muestras de acetato de butilo

puro tienen la misma capacidad para extraer #cido actico de una soluci&n

acuosa& cosa )ue no resulta i$ual para las caracter'sticas de adsorci&n de la s'lica

$el con respecto al vapor de a$ua.

-a superficie del s&lido es fundamental. Para el caso de la adsorci&n de

$ases, la superficie si$nificativa no es la superficie total de las part'culas

$ranulares )ue $eneralmente se utilizan, sino la superficie muc>o ma4or de los

poros internos de las part'culas. -os poros $eneralmente son mu4 pe)ueos,

al$unas veces de unos cuantos di#metros moleculares de anc>o, pero su $ran

número proporciona una enorme superficie para la adsorci&n.

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Intercambio iónico

Es otro tipo de separaci&n s&lido%l')uido )ue consiste en el intercambio

reversible de iones entre ciertos s&lidos 4 una soluci&n de electrolitos, )ue permite

la separaci&n 4 fraccionamiento de solutos electrol'ticos. Es una separaci&n de

naturaleza )u'mica )ue abarca no s&lo la interacci&n de los iones con el s&lido

sino tambin la difusi&n de los iones dentro de la fase s&lida. "un)ue el fen&meno

puede ser m#s comple;o )ue la adsorci&n, las tcnicas $enerales 4 los resultados

obtenidos son mu4 similares.

Equilibrios de adsorción

-a ma4or'a de los datos experimentales referidos a la adsorci&nrepresentan mediciones de e)uilibrio. Estos se realizaron con la finalidad de

explicar las teor'as postuladas para la explicaci&n de este fen&meno, sin embar$o,

no se >a elaborado nin$una teor'a )ue expli)ue satisfactoriamente la ma4or'a de

las observaciones, existiendo una limitante )ue obli$a a describir las

caracter'sticas de adsorci&n observadas m#s comúnmente.

'ases ( )aores sencillos

En muc>os aspectos, las caracter'sticas de la adsorci&n en el e)uilibrio de

un $as o vapor sobre un s&lido son similares a la solubilidad en el e)uilibrio de un

$as en un l')uido. En la !i$ura NJ 2 se muestran varias isotermas de adsorci&n en

el e)uilibrio para un carb&n activado particular como adsorbente, en donde la

concentraci&n de $as adsorbido Fel adsorbatoG sobre el s&lido se $rafica contra la

presi&n parcial en el e)uilibrio del vapor o $as a temperatura constante.

Por e;emplo, a 211 J, el vapor de acetona puro a una presi&n de 2:1 mmK$ est# en e)uilibrio con una concentraci&n de adsorbato de 1,0 @$ acetona

adsorbidaL@$ carb&n, punto A. *i se aumenta la presi&n de la acetona se >ar# )ue

se adsorba m#s, como lo indica la curva ascendenteA al decrecer la presi&n del

sistema en A, la acetona se desorber# del carb&n. "un cuando no >a sido

determinada experimentalmente en este caso, se sabe )ue la isoterma a 211 J

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para la acetona continúa aumentando s&lo >asta una presi&n de 0.6:1 mm K$,

)ue es la presi&n de vapor de saturaci&n de la acetona a esta temperatura. on

presiones m#s elevadas, a esta temperatura no puede existir la acetona en el

estado de vaporA antes bien, se condensar# completamente >asta un l')uido.

*igura $+ ,. Adsorción en el equilibrio de )aores sobre carbón acti)ado.

Diferentes $ases 4 vapores se adsorben a $rados diferentes en condiciones

comparables. "s', el benceno F!i$ura NJ 2G se adsorber# m#s f#cilmente )ue la

acetona a la misma temperatura 4 dar# una concentraci&n ma4or de adsorbato

para una presi&n dada en el e)uilibrio. omo re$la $eneral, los vapores 4 $ases se

adsorben m#s f#cilmente cuanto ma4or es su peso molecular 4 menor su

temperatura cr'tica, aun)ue las diferencias )u'micas como el $rado de

instauraci&n de la molcula tambin influ4en sobre el $rado de adsorci&n. -os

llamados $ases permanentes de ordinario se adsorben s&lo a un $rado

relativamente pe)ueo, como indica la isoterma para el metano en la misma

fi$ura.

Es posible obtener concentraciones indefinidamente $randes de la

sustancia sobre el s&lido a presiones m#s elevadas )ue la presi&n de vapor, como

en el punto B F!i$ura NJ 0G. *in embar$o, las concentraciones superiores a las

correspondientes al punto B indican licuefacci&n, pero no necesariamente

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adsorci&n del vapor. Por supuesto, los $ases a temperatura m#s elevada )ue su

temperatura cr'tica no muestran esta caracter'stica.

*igura $+ -. #ica isoterma comleta deadsorción de )aor.

*igura $+ /. #ios de isotermas de adsorciónara )aores.

-as isotermas de adsorci&n no siempre son c&ncavas >acia el e;e de

presi&n. -as formas )ue se muestran en la !i$ura NJ 3 se >an observado para

diferentes sistemas. ")u', la ordenada se $rafica como presi&n parcial en el

e)uilibrio dividida entre la presi&n de vapor a saturaci&n p de la sustancia

adsorbida Fen realidad, la saturaci&n relativaG con el fin de colocar las tres curvas

sobre las mismas bases.

Un cambio de disolvente l')uido altera profundamente la solubilidad en el

e)uilibrio de un $as, excepto en el caso de las soluciones l')uidas ideales. En

forma similar, las curvas en el e)uilibrio para acetona, benceno 4 metano, sobre

s'lica $el como adsorbente, son completamente diferentes a las vistas en la !i$ura

NJ 2. -as diferencias de ori$en 4 mtodo de preparaci&n de un adsorbente

producir#n diferencias si$nificativas de adsorci&n en el e)uilibrioA esteconocimiento >a permitido crear procesos m#s efectivos, al pasar los aos.

0ist1resis de adsorción

-as curvas de la !i$ura NJ 2 son las curvas reales en el e)uilibrioA por lo

tanto, representan fen&menos completamente reversibles. -as condiciones )ue

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corresponden al punto A sobre la fi$ura, por e;emplo, pueden obtenerse por

adsorci&n sobre carb&n fresco o por deserci&n de una muestra con una

concentraci&n de adsorbato inicialmente alta.

No obstante, a veces se obtienendiferentes e)uilibrios, al menos sobre una parte

de la isoterma, dependiendo si el vapor es

adsorbido o desorbidoA esto da lu$ar al

fen&meno de >istresis )ue se muestra en la

!i$ura NJ 7.

Este fen&meno puede deberse a la

forma de las aberturas a los capilares 4 poros

del s&lido, o a fen&menos comple;os de

>umidificaci&n del s&lido por el adsorbato. En

cual)uier caso, cuando se observa la >istresis, la presi&n de desorci&n en el

e)uilibrio siempre es menor )ue la obtenida por adsorci&n.

E"ecto de la temeratura

Puesto )ue la adsorci&n es un proceso exotrmico, la concentraci&n del $as

adsorbido decrece al aumentar la temperatura a una presi&n dada en el e)uilibrio,

como lo indican, en la !i$ura NJ 2, varias de las isotermas para la acetona.

Es me;or utilizar como referencia la sustancia pura )ue se est#

adsorbiendo, a menos )ue las temperaturas sean ma4ores )ue la temperatura

cr'tica. Por e;emplo, la !i$ura NJ ? representa la adsorci&n de vapor de acetona

sobre carb&n activado, con acetona como sustancia de referencia.

-a abscisa de las coordenadas lo$ar'tmicas corresponde a la presi&n de

vapor de la acetona puraA la presi&n parcial en el e)uilibrio del adsorbato )ueda

$raficada sobre la ordenada.

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*igura $+ 2. Isoterma de adsorciónque muestra la hist1resis.


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*igura $+ 3. 'rá"ica de la sustancia de re"erencia de la adsorciónen el equilibrio de acetona sobre carbón acti)ado

"s', el punto A de la !i$ura NJ 2 F 2:1 mm K$, 211 JG se $rafic& en la

!i$ura NJ ?, en donde p 0 6:1 mm K$, o presi&n de vapor de la acetona a 211

J. -os puntos de concentraci&n constante del adsorbato Fis&sterasG forman l'neas

rectas con raras excepcionesA entonces, s&lo se necesitan dos puntos para

establecerlas.

4e%clas de )aor ( gas

-as mezclas se distin$uen de acuerdo a si es uno o varios los componentes

adsorbidos.

"dsorci&n de un componente

En el caso de muc>as mezclas, en particular mezclas de vapor%$as, s&lo esadsorbido apreciablemente un componente. Esto puede suceder, por e;emplo, con

una mezcla de acetona FvaporG 4 metano F$asG, en contacto con carb&n activado

F!i$ura NJ 2G.

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En estos casos, la adsorci&n del vapor no ser# modificada, b#sicamente,

por la presencia del $as poco adsorbidoA la isoterma de adsorci&n para el vapor

puro se podr# aplicar siempre 4 cuando la presi&n en el e)uilibrio se tome como la

presi&n parcial del vapor en la mezcla vapor%$as. -as isotermas para la acetona

F!i$ura NJ 2G se aplican para mezclas de acetona con cual)uier $as poco

adsorbido, como nitr&$eno, >idr&$eno 4 similares. Este caso es parecido al de

solubilidad $as%l')uido.

Mezclas binarias de $ases o vapores

uando los dos componentes de una mezcla binaria de $ases o vapores se

adsorben por separado en, aproximadamente, la misma proporci&n, la cantidad

adsorbida de cual)uiera de los dos, a partir de la mezcla, ser# modificada por la

presencia del otro. "l momento de representar estos sistemas, se utiliza la misma

forma usada para los e)uilibrios l')uidos ternarios, pues se considera al

adsorbente s&lido como an#lo$o al disolvente l')uido en las operaciones de

extracci&n.

*in embar$o, la adsorci&n depende muc>o de la temperatura 4 la presi&n, a

diferencia de la solubilidad de los l')uidos, )ue apenas es modificada por la

presi&n en circunstancias ordinarias. En consecuencia, los dia$ramas de

adsorci&n en el e)uilibrio se $rafican me;or a temperatura constante 4 presi&n total

constanteA por lo tanto son isotermas e is&baras al mismo tiempo.

En la !i$ura NJ 8 se muestra un sistema t'pico sobre coordenadas

trian$ulares 4 rectan$ulares. "un)ue la fracci&n mol es la unidad de concentraci&n

m#s adecuada cuando se traba;a con $ases, la fi$ura se muestra en funci&n de

composiciones en fracciones peso, puesto )ue el peso molecular del adsorbente

es incierto. omo el adsorbente no es vol#til 4 no aparece en la fase $aseosa, las

composiciones de los $ases en el e)uilibrio caen sobre uno de los e;es en

cual)uiera de las $r#ficas, como se muestra.

-os puntos G 4 H representan la concentraci&n del adsorbato para los

$ases puros individualesA mientras )ue la curva GEH , la concentraci&n de las

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mezclas $aseosas. -as l'neas de uni&n, como RE , unen las composiciones en el

e)uilibrio del $as 4 del adsorbatoA el >ec>o de )ue estas l'neas, cuando se

extienden, no pasen a travs del vrtice del adsorbente, indica )ue, en las

condiciones predominantes, el adsorbente puede utilizarse para separar los

componentes de la mezcla binaria $aseosa.

*igura $+ 5. 6istema o7igeno8nitrógeno8carbón acti)ado& ,39 +C& , atm.&concentraciones e7resadas como "racciones eso

El factor de separaci&n, o adsortividad relativa, similar a la volatilidad

relativa en la destilaci&n o selectividad en la extracci&n l')uida, se obtiene

dividiendo la relaci&n en el e)uilibrio entre las composiciones $aseosas en el

adsorbato Fcomo el punto E G o entre la relaci&n en el $as Fcomo en R ). -a

adsortividad relativa debe ser ma4or a 2, para )ue el adsorbente sea útil en la

separaci&n de los componentes de la mezcla $aseosa.

uando la extensi&n de la adsorci&n es pe)uea, es conveniente expresar

las composiciones en una base libre de adsorbente 4 $raficarlas como en la !i$ura

NJ 6. Estos dia$ramas tambin son parecidos a los utilizados en la extracci&n

l')uida, en donde el adsorbente s&lido 4 el disolvente de extracci&n ;ue$an papeles

seme;antesA son similares tambin a los dia$ramas de entalp'a%concentraci&nempleados en la destilaci&n, en donde el calor es an#lo$o al adsorbente.

-as caracter'sticas de la adsorci&n de la mezcla binaria $aseosa acetileno%

etileno sobre s'lica $el, para una temperatura 4 presi&n, se muestran en la parte

a” , de la !i$ura NJ 6. En la parte superior de esta fi$ura, la fase $aseosa aparece

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completamente a lo lar$o de la abscisa, debido a la ausencia de adsorbente en el

$as. -as composiciones en el e)uilibrio libres de adsorbente, )ue corresponden a

las l'neas de uni&n, pueden $raficarse en la mitad inferior del dia$rama, como en

el punto R,E , para producir una fi$ura an#lo$a al dia$rama XY de la destilaci&n. -a

s'lica $el adsorbe selectivamente al acetileno en estas mezclas $aseosas.

*igura $+ . Adsorción de acetileno8etileno sobre ;a< slica gel ((b) carbón acti)ado& a -3 +C& , atm.

El poderoso efecto del adsorbente sobre el e)uilibrio se muestra con la

misma mezcla $aseosa en la parte b” , de la !i$ura NJ 6, en donde el adsorbente

es carb&n activado. No s&lo es ma4or el $rado de adsorci&n )ue para la s'lica $el,

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de forma )ue la curva GH est# m#s aba;o )ue la curva correspondiente a la s'lica

$el, sino )ue adem#s la adsortividad relativa est# invertida/ el etileno se adsorbe

selectivamente sobre el carb&n activado.

En casos como los de la parte b, es preferible $raficar las composicionesen funci&n del $as adsorbido m#s fuertemente FetilenoG, para )ue la apariencia del

dia$rama sea parecida a los de una extracci&n l')uida.

=quidos

uando un adsorbente s&lido se sumer$e en un l')uido puro, la evoluci&n

de calor, conocida como el calor de >umectaci&n, es prueba de )ue ocurre la

adsorci&n del l')uido. Empero, la inmersi&n no proporciona un mtodo efectivo

para determinar la cantidad adsorbida/ el volumen del l')uido no muestra un

cambio apreciable )ue pudiera utilizarse para medir, as' como la separaci&n 4

pesado del s&lido no permitir'a distin$uir entre el l')uido )ue se adsorbi& 4 el )ue

est# mec#nicamente ocluido. Este problema no existe en la adsorci&n de $ases,

en donde se mide f#cilmente el cambio de peso del s&lido debido a la adsorci&n.

Adsorción del soluto a artir de soluciones diluidas

*iempre )ue se mezcla un adsorbente 4 una soluci&n binaria, ocurre tanto

la adsorci&n del soluto como del disolvente, lo )ue imposibilita medir la adsorci&n

totalA en lu$ar de esta, se calcula la adsorci&n relativa o aparente.

El procedimiento acostumbrado es tratar un volumen conocido de soluci&n

con un peso conocido de adsorbente Fv volumen solución/masa adsorbenteG.

omo resultado de la adsorci&n preferente de soluto, se observa )ue la

concentraci&n de soluto del l')uido cae del valor inicial Fc 0) al valor final en el

e)uilibrio Fc* masa soluto/volumen líquidoG.

-a adsorci&n aparente de soluto, despreciando cual)uier cambio de

volumen en la soluci&n, es

v(c 0 - c*) = masa soluto adsorbido/masa adsorb!t"

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Esto es depende de la concentraci&n del soluto,

la temperatura, el disolvente 4 el tipo de adsorbente, 4

es satisfactorio para soluciones diluidas, cuando es

pe)uea la fracci&n del disolvente ori$inal )ue puede

adsorberse.

En la !i$ura NJ 5 se muestran isotermas t'picas.

El $rado de adsorci&n de un soluto determinado decrece

siempre )ue aumenta la temperaturaA $eneralmente es

ma4or, cuanto menor es la solubilidad en el disolvente.

"l ser reversible, se obtiene la misma isoterma, 4a sea

)ue el soluto se desorba o se adsorba.

Adsorción a artir de una solución

concentrada

uando la adsorci&n aparente de soluto se determina en el ran$o completo

de concentraciones de disolvente puro a soluto puro,

se obtienen curvas como las de la !i$ura NJ :. -as

curvas de la curva a” aparecen cuando el soluto, a

cual)uier concentraci&n, se adsorbe m#s fuertemente

con relaci&n al disolvente.

"l aumentar las concentraciones de soluto, el

$rado de adsorci&n del mismo puede se$uir

aumentandoA sin embar$o, la curva )ue muestra la

adsorci&n aparente de soluto re$resa necesariamente

al punto E , puesto )ue la concentraci&n de un l')uido

)ue consiste únicamente en soluto puro no experimentar# cambios al a$re$ar el

adsorbente.

-os procesos en los )ue tanto el solvente como el soluto se adsorben en

casi la misma extensi&n se obtienen curvas del tipo b” Fforma de *G. En el ran$o

de concentraciones de # a $, el soluto se adsorbe con ma4or frecuencia )ue el

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*igura $+ >. Isotermas deadsorción ticas ara

soluciones diluidas

*igura $+ ?. Adsorciónaarente de soluto de

soluciones.


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disolventeA caso contrario ocurre en el ran$o de concentraciones de D a E, en

donde el disolvente se adsorbe m#s fuertemente. En el punto D, los dos se

adsorben i$ual Fla adsorci&n aparente cae a ceroG.

Oeraciones de adsorción

-as aplicaciones de la adsorci&n son mu4 variadas, us#ndose, por e;emplo,

para la recuperaci&n de vapores a partir de mezclas diluidas con $ases,

recuperaci&n del soluto 4 eliminaci&n de contaminantes de la soluci&n, 4

fraccionamiento de mezclas $aseosas 4 l')uidas. -as tcnicas utilizadas inclu4en

tanto los mtodos por etapas como los de contacto continuoA estas se aplican en

operaciones por lotes, continuas o semi%continuas.

Oeración or etaas

")uellas soluciones l')uidas, en donde el soluto )ue se va a separar se

adsorbe m#s o menos fuertemente, en comparaci&n con el resto de la soluci&n, se

tratan en operaciones por lotes, continuas o semi%continuas, de manera an#lo$a a

las operaciones de mezclado%sedimentaci&n en la extracci&n l')uida Ffiltraci&n por

contactoG. -as cascadas continuas a contracorriente pueden simularse o

efectuarse mediante tcnicas como los lec>os fluidizados.

*iltración de lquidos or contacto

-as aplicaciones t'picas del proceso inclu4en/

2. -a recuperaci&n de solutos valiosos a partir de soluciones diluidas. Por

e;emplo, la adsorci&n en carb&n de 4odo a partir de salmueras o la

recuperaci&n de insulina.

0. -a eliminaci&n de contaminantes indeseables de una soluci&n. Debido a la

frecuente 4 mu4 favorable distribuci&n, en el e)uilibrio de soluto, >acia el

adsorbente, la adsorci&n se vuelve una >erramienta poderosa para

procesos de filtradoA muc>as de las aplicaciones industriales de tcnicas

por etapas caen dentro de esta cate$or'a. E;emplo de esto es la adsorci&n

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de sustancias olorosas del a$ua potable, utilizando carb&n. Hambin est# la

adsorci&n de la $rasa, mediante los l')uidos de lavado en secoA el aclarado

de los colores de los aceites de petr&leo 4 ve$etales, mediante el

tratamiento con arcillas, entre otros.

El dia$rama de flu;o es)uem#tico para este tipo de operaci&n, cuando se

realiza por lotes o en forma continua, se muestra en la !i$ura NJ 21. En sta, el

c'rculo representa todo el e)uipo 4 los procedimientos )ue constitu4en una sola

etapa. -a operaci&n es b#sicamente an#lo$a a la absorci&n de $ases en una sola

etapa, en donde la soluci&n )ue se va a tratar corresponde al $as 4 el

adsorbente s&lido al l')uido.

*igura $+ ,9. Adsorción en una sola etaa.

El adsorbente es insoluble en la soluci&n. -a soluci&n )ue se va a tratar

contiene %s Fmasa de sustancia no adsorbida o disolventeGA la concentraci&n de

soluto adsorbible se reduce de Y 0 a Y & Fmasa solutoLmasa disolventeG. El

adsorbente se a$re$a con la extensi&n ' s Fmasa s&lido libre de adsorbatoGA el

contenido en soluto adsorbato aumenta de X 0 a X & Fmasa solutoLmasa

adsorbenteG. *i se utiliza adsorbente fresco, X 0 @ 9A en los casos de operaci&n

continua %s 4 ' s se miden en funci&n de masaLtiempo.

*obre coordenadas XY esta ecuaci&n representa una l'nea de operaci&n

recta, a travs de los puntos de coordenadas F X 0 ,Y 0 G 4 F X &,Y &G de pendiente -' s /%s.

*i la etapa es una etapa te&rica o ideal, las corrientes efluentes est#n en e)uilibrio,

de forma )ue el punto F X&, Y&G cae sobre la isoterma de adsorci&n en el e)uilibrio,

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como se muestra en la fi$ura. -a curva en el e)uilibrio debe ser la )ue se obtiene

en la temperatura final de la operaci&n. *i se da tiempo insuficiente de contacto,

de forma )ue no se alcance el e)uilibrio, las concentraciones finales del l')uido 4

el s&lido correspondiente a al$ún punto como A, por e;emplo, pero $eneralmente

se acerca bastante al e)uilibrio.

El soluto separado del l')uido es i$ual al reco$ido por el s&lido/

%s(Y 0 % Y & ) = ' s(X & % X 0 )

El uso de la ecuaci&n supone )ue la cantidad de l')uido retenido

mec#nicamente con el s&lido Fpero no adsorbidoG despus de la filtraci&n o

sedimentaci&n es despreciable. Esto es bastante satisfactorio para la ma4or'a de

las operaciones de adsorci&n, puesto )ue la cantidad de s&lido empleado es

$eneralmente mu4 pe)ueo con respecto a la del l')uido tratado.

En cambio, si la operaci&n )ue se considera es la desorci&n, siendo

despreciable la cantidad de l')uido retenido mec#nicamente por el s&lido, se aplica

la ecuaci&n anterior, pero la l'nea de operaci&n cae por deba;o de la curva en el

e)uilibrio de la !i$ura NJ 21.

*in embar$o, en este caso es m#s probable )ue la cantidad de l')uido

retenido mec#nicamente con el s&lido sea una cantidad apreciable del l')uido total

utilizado.

Oeración a contracorriente en )arias etaas

-a eliminaci&n de una cantidad dada de soluto puede lo$rarse

economizando $ran cantidad de adsorbente, si la soluci&n se trata con pe)ueos

lotes separados, 4 se filtra entre cada etapa. Este mtodo de operaci&n se llama

al$unas veces tratamiento por alimentaci&n separadaA $eneralmente se realiza

por lotes, aun)ue tambin es posible la operaci&n continua.

-a econom'a es particularmente importante cuando se utiliza carb&n

activado, un adsorbente bastante caro. El a>orro es ma4or cuanto ma4or sea el

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número utilizado de lotes, pero, a su vez, causa $astos de filtraci&n 4 otros costos

de mane;o. En casos raros, la adsorci&n puede ser irreversible, de forma )ue se

pueden aplicar dosis separadas de adsorbente sin filtraci&n intermedia,

disminu4endo los expendios del proceso.

*igura $+ ,,. Adsorción a corriente cru%ada en dos etaas.

En la !i$ura NJ 22, se muestra el dia$rama de flu;o 4 el dia$rama de

operaci&n para una operaci&n normal de dos etapas ideales. En cada etapa se

trata la misma cantidad de soluci&n con cantidades de adsorbente ' '& 4 ' ' en las

dos etapas, respectivamente, para reducir la concentraci&n del soluto de Y 0 a Y .

-os balances de materiales son, para la etapa 2,

%' (Y 0 Y & ) = ' '&(X & X 0 )

4 para la etapa 0,

%' (Y & Y ) = ' ' (X X & )

Estas ecuaciones proporcionan las l'neas de operaci&n )ue se muestran en

la fi$uraA cada una de ellas posee una pendiente adecuada a la cantidad utilizada

de adsorbente en la etapa respectiva. *i las cantidades de adsorbente utilizadas

en cada etapa son i$uales, las l'neas de operaci&n sobre el dia$rama ser#n

paralelas. -a menor cantidad total de adsorbente re)uerir# dosis diferentes en

cada etapa, excepto cuando la isoterma en el e)uilibrio sea lineal.

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Contacto continuo

En estas operaciones, el fluido 4 el adsorbente est#n en contacto en todo el

aparato, sin separaciones peri&dicas de las fases. Pueden realizarse en estado

estacionario o en estado no estacionario.

Adsorbentes de lecho mó)il de estado estacionario

-as condiciones del estado estacionario re)uieren del movimiento continuo

a travs del e)uipo, tanto del fluido como del adsorbente, a flu;o constante, sin )ue

la composici&n cambie con el tiempo en nin$ún punto del sistema. *i se utiliza

flu;o paralelo del s&lido 4 los fluidos, el resultado neto es el e)uilibrio entre los

efluentes, es decir, el e)uivalente de una etapa te&rica. *e aplica en el tratamiento

de $ases 4 l')uidos, con el fin de recuperar el soluto 4 el fraccionamiento,

mediante la adsorci&n ordinaria 4 el intercambio i&nico.

Adsorbentes de lecho "io de estado no estacionario

Por otra parte, a causa de la ri$idez de las part'culas del adsorbente s&lido,

tambin es posible operar de manera semi%continua/ un fluido m&vil 4 un s&lido

estacionario. -os resultados )ue se obtienen son condiciones en estado no

estacionario, en donde las composiciones en el sistema cambian con el tiempo.

Debido a la inconveniencia 4 al costo relativamente alto de transportar

continuamente part'culas s&lidas, frecuentemente, es m#s econ&mico pasar la

mezcla de fluidos )ue se va a tratar a travs de un lec>o estacionario de

adsorbente. "l aumentar la cantidad de fluido )ue pasa a travs de este lec>o, el

s&lido adsorbe cantidades ma4ores de soluto 4 predomina un estado no

estacionario.

Esta tcnica se utiliza ampliamente 4 se aplica en campos tan diversos

como la recuperaci&n de vapores de disolventes valiosos a partir de $ases,

purificaci&n del aire Fcomo en las m#scaras de $asesG, des>idrataci&n de $ases 4

l')uidos, decoloraci&n de aceites minerales 4 ve$etales, concentraci&n de solutos

valiosos a partir de soluciones l')uidas, otros.

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Conclusión

-a adsorci&n ocurre cuando el adsorbato 4 el adsorbente entran en contacto

e interactúan las fuerzas superficiales 4 se compensan las fuerzas de atracci&n

moleculares. Este proceso se ve favorecido por el incremento de la presi&n parcial

del $as 4 de la superficie del adsorbente 4 se produce con desprendimiento de

ener$'a.

El rendimiento de esta operaci&n depender# de diversos factores entre ellos

fi$ura la naturaleza del adsorbente, como el #rea superficial por e;emplo. "dem#s,

no existe solo un tipo de adsorci&n sino )ue por el contrario es posible >acer

referencia a clasificaciones )u'micas 4 f'sicas.

En la actualidad, la adsorci&n es considerada como una de las me;ores

tcnicas de remoci&n de contaminantes. Entre sus aplicaciones destaca la

potabilizaci&n del a$uaA recurso prioritario en el desarrollo de toda naci&n 4 a cu4o

acceso deben tener cada vez m#s personas.

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!e"erencias Bibliográ"icas

HREB"-, Robert E. Oeraciones de #rans"erencia de 4asa. *e$unda edici&n.

Editorial Mc9raO%Kill. Mxico, 2.:55.

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