OPERACIONES UNITARIAS II

PRIMER INFORME: MODULO DIDACTICO

ABSORCIN DE CO2 EN TORRE EMPACADA

Presentado por:

Diana Pealoza Garca Cd. 2083680 Keyla Mara Solana lambrao Cd. 2083415 Luz Yaneida Jaimes Ortiz cd.2094041 Fredy martin ochoa mayorga cd. 2083780 Jair Leandro pardo cd.2073785 Carmen Sofa silva Cd. 2013462 John Jairo Daz Cd. 2073728

Katherine Rodrguez Rodrguez cd. 2093112

Presentado a:

Profesora: Liliana del pilar castro

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA

BUCARAMANGA

2014

TORRES EMPACADAS Las torres empacadas, .utilizadas para el contacto continuo del lquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El lquido se distribuye sobre stos y escurre hacia abajo, a travs del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al contacto con el gas.

Fig. 1. Torre empacada

Empaque

El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes caractersticas: 1. Proporcionar una superficie interracial grande entre el lquido y el gas. La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio empacado am debe ser grande, pero no en el sentido microscpico. 2. Poseer las caractersticas deseables del flujo de fluidos. Esto generalmente significa que el volumen fraccionario vaco, E, o fraccin de espacio vaco, en el Lecho empacado debe ser grande. El empaque debe permitir el paso de grandes volmenes de fluido a travs de pequeas secciones transversales de la torre, sin recargo o inundacin debe ser baja la cada de presi6n del gas. Ms an, la cada de presion del gas debe ser principalmente el resultado de la friccin pelicular, si es posible, puesto que es ms efectivo que formar arrastres al promover valores elevados de los coeficientes de transferencia de masa. 3. Ser qumicamente inerte con respecto a los fluidos que se estn procesando. 4. Ser estructuralmente fuerte para permitir el fcil manejo y la instalacin. 5. Tener bajo precio.

Fig 2.Algunos empaques al azar para torres.

Cuerpo de la torre

Esta puede ser de madera, metal, porcelana qumica, ladrillo a prueba de cidos,vidrio,

plstico, metal cubierto de plstico o vidrio, u otro material, segn las condiciones de

corrosin. Para facilitar su construccin y aumentar su resistencia,generalmente son

circulares en la seccin transversal.

Soportes de empaque

Es necesario un espacio abierto en el fondo de la torre, para asegurar la buena distribuci6n

del gas en el empaque. En consecuencia, el empaque debe quedar soportado sobre el

espacio abierto. Por supuesto, el soporte debe ser lo suficientemente fuerte para sostener

el peso de una altura razonable de empaque; debe tener un rea libre suficientemente

amplia para permitir el flujo del lquido y del gas con un mnimo de restriccin.

Distribucin del lquido

Es muy importante la adecuada distribucin inicial del lquido en la parte superior del

empaque. Por supuesto, el empaque en seco no es efectivo para la transferencia de masa;

adems se utilizan diferentes dispositivos para la distribucin del lquido. Las boquillas

aspersores no son tiles, porque generalmente provocan que mucho lquido sea arrastrado

en el gas

Contenedores del empaque

Los contenedores son necesarios cuando la velocidad del gas es elevada; generalmente

son deseables para evitar el levantamiento del empaque durante un aumento repentino del

gas. Las pantallas o barras gruesas pueden utilizarse. Para el empaque de cermica

gruesa, se pueden utilizar platos que descansen libremente sobre la parte superior del

empaque. Para empaques de plstico y otros empaques ligeros, los contenedores estn

unidos al cuerpo de la torre. [1]

ABSORCIN DE GASES

La absorcin de gases es una operacin en la cual una mezcla gaseosa se pone en

contacto con un lquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o ms componentes del

gas y de obtener una solucin de stos en el lquido. Por ejemplo, el gas obtenido como

subproducto en los hornos de coque, se lava con agua para eliminar el amoniaco; despus

se lava con un aceite. Para eliminar los vapores de benceno y de tolueno. Para que el

molesto sulfuro de hidrgeno sea eliminado de un gas de este tipo o de hidrocarburos

gaseosos naturales, el gas o los hidrocarburos se lavan con diferentes soluciones alcalinas

que absorben a dicho sulfuro. Los valiosos vapores de un disolvente, acarreados por una

corriente gaseosa pueden recuperarse y luego ser reutilizados; basta lavar el gas con un

disolvente adecuado a los vapores. Estas operaciones requieren la transferencia de masa

de una sustancia en la corriente gaseosa al lquido. Cuando la transferencia de masa

sucede en la direccin opuesta, es decir, del lquido al gas, la operacin se conoce como

desorcin.

Por ejemplo, el benceno y el tolueno se eliminan del aceite que se mencion antes poniendo

en contacto la solucin lquida con vapor, de tal forma que los vapores entran en la corriente

gaseosa y son arrastrados; en consecuencia, el aceite de absorcin puede utilizarse

nuevamente. Los principios de la absorcin y la desercin son bsicamente los mismos, as

que las dos operaciones pueden estudiarse al mismo tiempo.

Generalmente, estas operaciones slo se utilizan para la recuperacin o eliminacin del

soluto. Una buena separacin de solutos entre s, exige tcnicas de destilacin fraccionada.

ABSORCIN CON REACCIN QUMICA

Muchos procesos industriales de absorci6n van acompaados de una reaccin qumica. Es

especialmente comn la reaccin en el lquido del componente absorbido y de un reactivo

en el lquido absorbente. Algunas veces, tanto el reactivo como el producto de la reaccin

son solubles, como en la absorci6n del dixido de carbono en una solucin acuosa de

etanolaminas u otras soluciones alcalinas. Por el contrario, los gases de las calderas que

contienen dixido de azufre pueden ponerse en contacto con lechadas de piedra caliza en

agua, para formar sulfito de calcio insoluble.. La reaccin entre el soluto absorbido y un

reactivo produce dos hechos favorables a la rapidez de absorcin: (1) la destruccin del

soluto absorbido al formar un compuesto reduce la presin parcial en el equilibrio del soluto

y, en consecuencia, aumenta la diferencia de concentracin entre el gas y la interface;

aumenta tambin la rapidez de absorcin; (2) el coeficiente de transferencia de masa de la

fase lquida aumenta en magnitud, lo cual tambin contribuye a incrementar la rapidez de

absorcin. [3]

FUNDAMENTOS TERICOS

Transferencia De Masa

La transferencia de masa es la tendencia de uno o ms componentes de una mezcla a

transportarse desde una zona de alta concentracin del o de los componentes a otra zona

donde la concentracin es menor. Por ejemplo, si se echa un cristal de sulfato cprico en

agua el cristal se disolver, alrededor de la superficie del cristal la coloracin del agua toma

un color azul, que es ms intenso mientras ms cerca se est de dicha superficie. A medida

que transcurre el tiempo, se observa como la coloracin de las zonas alejadas se vuelve

ms azul, mientras que el cristal desaparece paulatinamente, hasta que si se deja el tiempo

suficiente, toda el agua muestra un tono de azul uniforme. El sulfato viaja de una zona

donde la concentracin es ms alta a la zona de menor concentracin. Dicha tendencia

permite la disolucin del sulfato cprico en el agua. La diferencia de concentracin es la

que constituye la fuerza motriz (o directora) de la transferencia de masa.

Equilibrio

La transferencia de masa tiene un lmite, que se conoce como equilibrio entre las fases El

equilibrio se alcanza cuando no existe fuerza directriz y la transferencia neta cesa.

Desde el punto de vista fsico este equilibrio se produce de la manera siguiente: si por

ejemplo existe una fase gaseosa y la otra lquida y el componente que se va a transferir se

encuentra al principio solamente en la fase gaseosa, con una concentracin y, mientras que

la concentracin en la fase lquida es x = 0, al ponerse en contacto ambas fases, las

molculas del componente comenzarn a pasar de la fase gaseosa a la fase lquida con

una velocidad que ser proporcional a la concentracin del componente en la fase gaseosa.

Sin embargo, con la presencia del componente en la fase lquida, ocurre tambin el paso

de las molculas en sentido inverso, o sea hacia la fase gaseosa, con velocidad

proporcional a la concentracin del componente en la fase lquida.

A medida que transcurre el tiempo, la velocidad de transferencia de la fase gaseosa a la

lquida disminuye, mientras que la de transferencia de la fase lquida a la gaseosa aumenta.

En algn momento, ambas velocidades se igualan y se establece un equilibrio dinmico

ente las fases y no existir una transferencia visible del componente de una fase a otra, o

sea el resultado neto es nulo. La diferencia de concentraciones entre las fases (xy) no es

la fuerza motriz, sino el alejamiento de las condiciones de concentraciones en equilibrio en

cada fase, que se puede expresar, segn sea el caso, como (x x*) o (y y*) y puede tomar

diferentes valores segn sean las formas de expresar dichas concentraciones.

El diagrama representa grficamente esta

dependencia, que se denomina lnea de equilibrio

del proceso y segn sea el sistema puede adoptar

una forma curva o una lnea recta.

La misma expresa la dependencia de la

concentracin de equilibrio del componente, en

este caso, en la fase gaseosa respecto a la

concentracin de la fase lquida, para una presin

y una temperatura dadas.[4]

Fig 3. Distribucin en el equilibrio de un soluto entre una fase gaseosa y una liquida a T

constante.

Modelos Matemticos Que Describen El Funcionamiento Del Equipo

Los principios necesarios para explicar el funcionamiento de una torre de absorcin

empacada as como para el diseo de la misma son:

Teora de la doble resistencia [5]

Esta teora permita calcular la velocidad de absorcin utilizando coeficientes individuales o

globales basados en las fases gaseosa o lquida.

Dicha teora representar las condiciones que tienen lugar cuando se transfiere materia

desde una corriente de un fluido hacia otra. Aunque esta teora no reproduce exactamente

las condiciones en la mayor parte del equipo real, nos conduce a ecuaciones que se pueden

aplicar a los datos experimentales generalmente disponibles [5]

Lo anterior permite describir el flux de a en funcin de los coeficientes de transferencia de

masa respecto de cada fase y de los cambios de concentracin apropiados para cada fase

= (, ,) = (, ,)

Este principio se explica de una manera ms sencilla en la siguiente ilustracin:

Donde:

Y son los coeficientes de transferencia de masa del gas y del lquido

respectivamente

, Y , son las concentraciones de soluto en gas y liquido

, Y , son las concentraciones de gas y liquido en la interface

Proceso En Contra Corriente En Estado Estacionario [6]

El objetivo es mostrar el balance de materia de manera global para explicar el proceso que

ocurre dentro de la torre de absorcin el cual es el siguiente:

22 + 11 = 11 + 22

Ahora se desarrolla un balance libre de soluto el cual da como resultado

= 1(1 1) = 2(1 2)

= 1(1 1) = 2(1 2)

Al realizar la sustitucin en el balance global queda

2

1 2 +

1 1 1

= 1

1 1 +

2 1 2

Donde lo subraya de rojo seala la relacin molar de lo que se difunde sobre lo que no se

difunde

Al reescribir la ecuacin queda

2 + 1 = 1 + 2

Estableciendo as el balance completo de materia [6]

EJEMPLOS DE PROCESOS DONDE SE UTILIZA LA ABSORCIN

La gran mayora de los procesos de absorcin son aplicados en la industria con el fin de

limpiar o lavar gases de chimenea para disminuir el impacto ambiental que estos generan

a los ecosistemas o tambin para recuperar parte de reactivos valiosos que puedan tener

un valor

A continuacin enunciaremos algunas aplicaciones importantes que aplican el anterior

concepto [7]

Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de produccin

Mtodo de control de emisiones de contaminantes a la atmsfera, reteniendo las

sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluoruros), es decir en

efluentes gaseosos

La recuperacin de gases cidos como H2S, mercaptanos y CO2 con disoluciones

de aminas

Produccin industrial de disoluciones cidas o bsicas en agua (cidos clorhdrico,

sulfrico y ntrico o hidrxido amnico)

Eliminacin de SO2 de gases de combustin con disoluciones acuosas de hidrxido

de sodio

La eliminacin de xidos de nitrgeno con disoluciones de agentes oxidantes

Materiales necesarios para la construccin de la torre

MATERIAL PARTE DE LA TORRE

Bombril relleno

tuvo pvc reciclado cuerpo

mangueras conexiones entre la torre al biodigestor

vlvulas controladores de flujo

colador o angeo cuerpo de la torre

abrazaderas unin cuerpo de la torre

soldadura de pvc unin de piezas

empaques relleno

uniones tuberas

recipiente e 20 litros biodigestor

embudo llenar lquidos

balde reciclado almacenaje de sustancia

soporte metlico o de madera Parte inferior para darle estabilidad

solvente solucin de NaoH

pegante tuberas

segueta cortar tuberas

Cronograma de actividades

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES SEMANALES

SEMANA

ACTIVIDAD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Investigacin de conceptos preliminares

Entrega del primer informe del modulo

Diseo de la torre de absorcin

Cotizacin de los materiales necesario para construir la torre

Recoleccin de los materiales reciclados y compra de los faltantes

Entrega del segundo informe del modulo

Montaje piloto de la torre de absorcin

Vacaciones

Montaje completo de la torre

Montaje del biodigestor

Realizacin de las primeras pruebas

Anlisis de resultados

Correcciones y ajustes

Entrega del modulo

Conclusiones

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

[1], Fig. 1. Treybal, R.E (1980) Operaciones de transferencia de masa, 2 edicin, McGraw-

Hill, capitulo 6, equipo para las operaciones gas-liquido pg. (211,213-216).

Fig 2. Treybal, R.E (1980) Operaciones de transferencia de masa, 2 edicin, McGraw-Hill,

capitulo 6, equipo para las operaciones gas-liquido pag .(214)

[2] [3] Treybal, R.E (1980) Operaciones de transferencia de masa, 2 edicin, McGraw-Hill,

capitulo 8, absorcin de gases pg.(306,369).

[4]EDUCACION CUBANA, transferencia de masa-fundamentos

http://educaciones.cubaeduca.cu/medias/pdf/2697.pdf [citado en 3 de noviembre de

2015]

Fig. 3. [5] Treybal, R.E (1980) Operaciones de transferencia de masa, 2 edicin, McGraw-Hill,

capitulo 5 operaciones de transferencia de masa pg. (119)

[6] Warren L. McCabe -Julian C. Smith Peter Harriott operaciones unitarias en ingeniera

qumica 4 edicin , McGraw-Hill captulo 22 absorcin de gases pg.(717)

[7] Balances de materia y energa columnas de absorcin disponible en

http://www.jackzavaleta.galeon.com/balw4.pdf citado el 03 de noviembre del 2015