Adsorción y AbsorcióN

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Adsorción y Absorción

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  • Tecnologas avanzadas de tratamiento de efluentes gaseosos

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    1. Introduccin.1.1. Tipos de contaminantes atmosfricos.

    1.2. Mtodos de depuracin de efluentes gaseosos (intrnsecos y extrnsecos).

    2. Procesos de sorcin.2.1. Equilibrio entre fases.

    2.2. Difusin molecular y transporte turbulento.

    2.3. Coeficientes de transferencia de materia.

    3. Absorcin.3.1. Conceptos generales.

    3.2. Equilibrio en absorcin.

    3.3. Equipos para el contacto gas-lquido.

    3.4. Diseo de torres de absorcin.

    3.5. Absorcin con reaccin qumica.

    4. Adsorcin.4.1. Conceptos generales.

    4.2. Equilibrio en adsorcin.

    4.3. Isotermas de adsorcin.

    4.4. Equipos para el contacto gas-slido.

  • TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Atendiendo a su estado fsico:

    - Partculas en suspensin

    - Vapores (gases condensables)

    - Gases (gases permanentes)

    1. 1. IntroduccinIntroduccin

    Contaminante Estado Fsico %

    CO Gas 54

    Hidrocarburos Vapor 13

    Materia en suspensin Slido 12

    SO2 Gas 12

    NOx Gas 9

    Mtodos de depuracin de contaminantes gaseososMtodos de depuracin de contaminantes gaseosos

    Mtodos Intrnsecos:

    - Mejoras de proceso

    - Cambio de materias primas

    Tipos de contaminantes gaseososTipos de contaminantes gaseosos

    Mtodos Extrnsecos:

    - Captacin de partculas

    - Absorcin con lquidos

    - Adsorcin en slidos

    - Combustin ordinaria o cataltica

  • Fase Gas

    Fase Lquida

    Absorcin

    FASE I

    FASE II

    Adsorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    2. 2. Procesos de Procesos de sorcinsorcin

    Fase Gas

    Fase Slida

  • Aire

    Agua

    NH3

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    1 Equilibrio

    2 Absorcin

    3 Desorcin

    2. 2. Procesos de Procesos de sorcinsorcin

    Equilibrio entre fasesEquilibrio entre fases

    NH3NH3

    Conc. soluto

    en fase G

    Conc. soluto

    en fase L

    y

    x

  • s m

    A mol2dx

    dCDN AABA =

    Rgimen Laminar: Ley de Fick ( )AAA CCkN 0 =Rgimen Turbulento:

    iLC

    LC

    GC

    iGC

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    2. 2. Procesos de Procesos de sorcinsorcin

    Difusin molecular y transporte turbulentoDifusin molecular y transporte turbulento

    i iA G G G L L LN k (C - C ) k (C - C )= =

    Conc. soluto

    Z

    Fase G Fase L

  • Conc. soluto

    en fase G

    Conc. soluto

    en fase L

    i iA G G G L L LN k (C - C ) k (C - C )= =

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    CG

    CL

    CGi

    CLi

    2. 2. Procesos de Procesos de sorcinsorcin

    Coeficientes de Coeficientes de tranferenciatranferencia de materiade materia

    iLC

    LC

    GC

    iGC

    i iA G G G L L LN k (C - C ) k (C - C )= =

    Conc. soluto

    Z

    Fase G Fase L

    1

    2

    A y i x iN k (y - y ) k (x - x)= =

  • Intermitente Continuo

    3. Absorcin3. Absorcin

    Contacto en contracorriente

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    L

    G

    Conceptos generalesConceptos generales

    1

    2

    y1x1

    y2x2

    Aspectos que afectan al diseo:

    - Seleccin del disolvente

    - Datos de equilibrio

    - Seleccin del equipo de contacto

    - Dimensionado del equipo (altura y

    dimetro)

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Equilibrio en absorcinEquilibrio en absorcin

    A A AP H x=

    Ley de Henry:

    PA: Presin parcial

    HA: Constante de Henry

    xA: Fraccin molar lquido Ley de Henry

    Curvas de equilibrio en absorcin

    PA

    xA

    T = 10C

    T = 20C

    T = 30C1/HA

    T

    NH3

    SO2

    CO2

    H2

    Equilibrio en absorcin de acuerdo con la ley de Henry

    i iA G A A L L LN k (P - P ) k (C - C )= =

    iLC

    LC

    AP

    iAP

    Conc. soluto

    Z

    Fase G Fase L

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Equipos para el contacto gasEquipos para el contacto gas--lquidolquido

    Dispersin del gas. Torres de platos Dispersin del lquido. Torres de relleno

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Equipos para el contacto gasEquipos para el contacto gas--lquidolquido

    Intermitente Continuo

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Diseo de torres de absorcinDiseo de torres de absorcin

    Soluto perdido por el gas = soluto absorbido por la fase lquidaL

    G

    y+dy x

    y x+dx

    A y i x iN k (y - y ) k (x - x)= =

    - d(Gy) = - d(Lx)

    dz

    G (Y+dY) - GY = GdY L (X+dX) - LX = LdX

    G: caudal molar de inerte

    L: caudal molar de disolvente

    yY

    1 y=

    x

    X1 x

    =

    Y: moles de soluto/moles de inerte

    X: moles de soluto/ moles de disolvente

    G 'Y Gy=

    A y e x eN dA k aS(y - y )dh k aS(x - x)dh= =

    A y e 2

    dyN dA k aS(y - y )dh G 'dY G '

    (1 y)= = =

    G ' G(1 y)= L ' L(1 x)=

    L'X Lx=

    2

    1dY dy

    (1 y)=

    2

    1dX dx

    (1 x)=

    2

    1

    h Y

    0 Yy e

    G ' dYdh

    k a S y y=

    1

    2

    y

    2yy e

    G ' dyh

    k a S (y y )(1 y)=

    1

    2

    x

    2xx e

    L ' dxh

    k a S (x x)(1 x)=

    1

    2

    - GdY = - LdX

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Diseo de torres de absorcinDiseo de torres de absorcin

    L

    G

    y+dy x

    y x+dx

    dz

    A y e 2

    dyN dA k aS(y - y )dh G 'dY G '

    (1 y)= = =

    2

    1

    h Y

    0 Yy e

    G ' dYdh

    k a S y y=

    1

    2

    y

    2yy e

    G ' dyh

    k a S (y y )(1 y)=

    yY

    1 y=

    x

    X1 x

    =

    Yy

    1 Y=

    +X

    x1 X

    =+

    1

    2

    Y

    Yey

    e

    G ' dYh

    YYk a S

    Y 1 Y 1

    =

    + +

    A A AP H x=

    Ley de Henry:

    AP Hy xP P

    = =

    AP Hx=

    1

    2

    X

    Xex

    e

    L ' dXh

    X Xk a S

    X 1 X 1

    =

    + +

    Px y

    H=

    1

    2

    x

    2xx e

    L ' dxh

    k a S (x x)(1 x)=

    XY

    P P1 X

    H H

    = +

    PY

    HXP

    1 Y 1H

    = +

    1

    2

    h = HGNG = HLNL

  • 3. Absorcin3. Absorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Diseo de torres de absorcinDiseo de torres de absorcin

    G, y1

    Y2 X2

    1

    2

    y

    2yy e

    G ' dyh

    k a S (y y )(1 y)=

    yY

    1 y=

    x

    X1 x

    =

    Ley de Henry:

    Ae

    P Hy x

    P P= =

    2 2G '(Y Y ) L '(X X ) =

    2 2

    L ' L 'Y X (Y X )

    G ' G '= +

    e

    Px y

    H=

    1

    2

    x

    2xx e

    L ' dxh

    k a S (x x)(1 x)=

    x L tk k C=

    Y1 X1

    1 2 1 2G '(Y Y ) L '(X X ) =

    A G A Ae L eN dA k aS(P - P )dh k aS(C - C)dh= =

    A y e x eN dA k aS(y - y )dh k aS(x - x)dh= =

    y Gk k P=

    L, X2

    Y X

    Y2

    1 1 2 2

    G 'X (Y Y ) X

    L '= +

    X Y x y xe Term x

    X2

    .

    .

    .

    X1

    1

    2

    Yy

    1 Y=

    +X

    x1 X

    =+

  • TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    Gas A Reactivo B

    SO2 Ca(OH)2, CaCO3, MgO, MnO, MnO2, Na2CO3,

    NaHSO3, NH3, citrato, formiato

    SO3 H2SO4NOx NaOH, Na2CO3, Na2SO3, FeSO4, H2SO4, Urea

    CO Complejos cuprosos

    CO2 CO3=, OH-, etanolaminas

    SH2 Etanolaminas, Fe(OH)3, Na2CO3Cl2 FeCl2C2H4 Fosfatos trialqulicos, KOH

    Absorcin con reaccin qumicaAbsorcin con reaccin qumica

    Regmenes cinticos:

    a) Reacciones rpidas

    b) Reacciones intermedias

    c) Reacciones lentas

    3. Absorcin3. Absorcin

    Gas

    Lquido

    A

    A + B C

    Conc. soluto

    Z

    iLC

    GC

    iGC

    Masa

    global

    de gas

    Pelcula

    gaseosa

    lmite

    Pelcula

    lquida

    lmite

    Masa

    global de

    lquido

  • FASE I

    Fase fluida

    Adsorcin

    TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    4. 4. AdsorcinAdsorcin

    Fase Gas

    Fase SlidaFASE II

    Adsorbente

    Adsorbato

    Adsorbentes ms utilizados:

    -Arcillas naturales, arcillas activadas

    -Diatomita, dolomita

    -Bauxita, almina, almina alcalinizada

    -xidos de hierro, zinc

    -Carbn de huesos, carbn vegetal, carbn activado

    -Polmeros sintticos

    -Gel de slice

    -Tamices moleculares (zeolitas sintticas)

    Conceptos generalesConceptos generales

    Aplicaciones industriales:

    -Deshumidificacin

    -Eliminacin de olores, colores y sabores

    -Eliminacin de gases contaminantes (SH2)

    -Suavizamiento y desionizacin de agua

    - Fraccionamiento de hidrocarburos

    - Purificacin de frmacos

  • TEMA 3. MTODOS DE DEPURACIN DE GASES. ABSORCIN Y ADSORCIN

    4. 4. AdsorcinAdsorcin

    Conceptos generalesConceptos generales

    Equilibrium

    Early

    Later

    Adsorbed Molecule

    Diffusing Molecule

    Pore

    GAC Particle

    LaminarBoundaryLayer

  • T