TRANSFERENCIA DE MASA
Procesos Unitarios
DIFUSION
La difusión es el movimiento bajo la influencia de un
estímulo físico, de un componente individual a través de
una mezcla. La causa más frecuente de la difusión es un
gradiente de concentración.
LEY DE FICK
J a   D AB
 Ca
Z
ABSORCIÓN
La absorción es un proceso de separación en la cual se
pone en contacto un mezcla gaseosa con un líquido, con el
propósito de disolver uno o más componentes del gas y
obtener una solución de éstos en el líquido.
Absorbente o disolvente: es el líquido donde se disuelve
el contaminante.
Absorbato o soluto: es el vapor absorbido.
La desorción o stripping es la operación inversa, el soluto
pasa de la corriente líquida a la gaseosa.
FENOMENO DE ABSORCIÓN
TIPOS DE COLUMNAS
TORRE EMPACADA
TORRE
DE PLATOS
TORRE EMPACADA
TORRE EMPACADA
(TIPO DE SOPORTES)
TORRE EMPACADA
(TIPO DE EMPACADO)
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
VENTAJAS





Gran eficiencia de colección de partículas respirables (< 10 micras).
Requerimientos de espacio relativamente pequeño.
Versatilidad para recolectar partículas y gases.
Adecuadas para eliminación de gases corrosivos.
Se capacidad de remoción se optimiza incrementando su altura y el tipo de
empacado sin necesidad de adquirir nuevos equipos
DESVENTAJAS





Alto consumo de agua.
Disposición y manejo de lodos.
Problemas de taponamiento de los lechos o platos.
Pérdidas altas de presión.
Costos de mantenimiento altos
VARIABLES DE DISEÑO
• Selección del disolvente.
• Altura y diámetro del lecho empacado.
• Tipo de relleno o empaque.
• Tasa de flujo molar de disolvente.
• Caída de presión a través del lecho.
ELECCIÓN DEL SOLVENTE
PARA ABSORCIÓN
1. SOLUBILIDAD GASEOSA
DEBE SER ELEVADA PARA MINIMIZAR LA
CANTIDAD NECESARIA DE SOLVENTE.
DEBE EXISTIR COMPATIBILIDAD ENTRE EL
SOLVENTE Y EL SOLUTO. EJ: SUSTANCIAS
POLARES-POLARES.
2. VOLATILIDAD
DEBE TENER BAJA PRESIÓN DE VAPOR PARA
EVITAR PÉRDIDAS. FAVORECE OPERAR A
BAJAS TEMPERATURAS.
ELECCIÓN DEL SOLVENTE
PARA ABSORCIÓN
3. CORROSIVIDAD
LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DEBEN
SER COMUNES Y ECONOMICOS.
4. COSTO
EL SOLVENTE DEBE SER ECONOMICO, ASI
LAS PÉRDIDAS NO RESULTAN COSTOSAS.
5. VISCOSIDAD
A BAJA VISCOSIDAD HAY MAYOR VELOCIDAD
DE ABSORCIÓN DEL SOLUTO EN EL SOLVENTE.
TORRES DE ADSORCIÓN
La adsorción es un proceso de separación basado en la
capacidad de ciertos sólidos, para remover en forma
preferencial, componentes gaseosos (o líquidos) de una
corriente.
Adsorbente: es el medio adsorbente sólido.
Adsorbato: es el vapor adsorbido.
Adsorción física: es el resultado de las fuerzas
intermoleculares de atracción entre las moléculas de un
sólido y de la sustancia adsorbida. Es un fenómeno
reversible.
Adsorción química: es el resultado de la interacción
química entre el adsorbato y el medio adsorbente. La
fuerza de unión es mucho más fuerte que para la
adsorción física. Proceso frecuentemente irreversible.
PROPIEDADES DE LOS
ADSORBENTES
• Los adsorbentes sólidos se utilizan en forma granular (
Dp desde 0.5’’ hasta 200 m o menos).
• Deben tener grandes superficies por unidad de peso,
referidas a la superficie de los poros internos de las
partículas (El carbón vegetal contiene una superficie
específica de 105 a 106 m2/kg).
• Debe tener una cierta afinidad hacia los compuestos a
adsorber.
• La caída de presión a través del lecho debe ser aceptable.
• Debe cumplir ciertas normas de resistencia y dureza.
TIPOS DE ADSORBENTES
• Carbón activado: se prepara por la
carbonización del carbón, madera, huesos de
frutas y cáscaras de cocos.
• Sílica gel.
• Alúmina activada.
• Tamices moleculares.
TIPOS DE ADSORBENTES
DISEÑO O SELECCIÓN DE UN
ADSORBEDOR
• Tiempo de residencia (0.6-6 s).
• Pretratamiento de la corriente gaseosa para
eliminar materia no adsorbible.
• Pretratamiento
para
eliminar
concentraciones de otros gases.
• Distribución del flujo a través del lecho.
• Regeneración del lecho.
altas
SELECCIÓN DE UN ADSORBEDOR
• Regenerativo.
• No regenerativo.
• Carga intermitente
• Operación continua
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN
La capacidad de un adsorbente para un gas
específico o vapor se presenta como una isoterma.
Un punto en una isoterma representa la masa de
adsorbato por unidad de masa de adsorbente bajo
condiciones de equilibrio a una temperatura y
concentracìón dadas.
ONDA
DE
ADSORCIÓN
VENTAJAS Y DESVENTAJAS









VENTAJAS
Gran eficiencia de remoción de emisiones de VOC, compuestos
halogenados (clorados, fluorados, brominados), PCE, TCE,
clorofluorocarbonados, cetonas y aldehídos.
Operación automática.
Regeneración en el sitio.
No se requiere reemplazar el adsorbente.
DESVENTAJAS
Tecnología de compleja operación.
Requiere de espacios muy grandes.
Costos de energía altos.
Costos de mantenimiento altos.
Requiere de sistemas de postratamiento adicionales.
Velocidad de adsorción
V ad 
m a
a
 ad
A


m a
 a  ad A
1
   C o 
 1

= flujo másico del gas.
= densidad del gas.
= densidad del lecho.
= area de la sección transversal del lecho.
=constantes de isotermas de adsorción.
=constantes de isotermas de adsorción.
Espesor de la zona de adsorción
 KA  a
m a
 1  0 . 01   1 
 4 . 595 
 ln
 1 
  1  1  0 . 99  
1
 = espesor de la zona de adsorción
K = coeficiente de resistencia del adsorbente.
Tiempo de ruptura del lecho
t
L 
V ad
L = longitud del lecho.
CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN
A TRAVÉS DE LECHOS FIJOS
3
 Pg c  d p  g
H (1   ) G
2

150 (1   ) 
 1 . 75
d pG
P = Caída de presión, lbf/ft2
gc = Constante gravitacional, 4.17 x 108 lbm-ft/lbf-h2
 = Fracción hueca, ft3 huecos/ft3 lecho empacado.
Dp = Diámetro de la partícula, ft.
g = Densidad del gas, lbm/ft3.
H = Profundidad del lecho, ft.
G = Flujo másico de gas por unidad de área, lbm/h-ft2.
 = Viscosidad del gas, lbm/h-ft.
CÁLCULO DE LA CAÍDA DE PRESIÓN
A TRAVÉS DE LECHOS FIJOS
 V 
 P  0 . 37 H 

 100 
1 . 56
P = Caída de presión, in H2O.
H = Profundidad del lecho, ft.
V = Velocidad superficial del gas, ft/min.
Esta ecuación es válida para velocidades entre 60-140 ft/min y
profundidades de lecho de 5-50 in y carbón de 4 a 6 mallas.
Ejercicios
Se desea tratar una corriente de aire con flujo de
1000 pie3/min a 100F que contiene 0.005
fracción molar (5000 ppm) de tolueno, con el fin
de extraer prácticamente todo el tolueno. Si el
lecho se debe usar 8 horas entre
regeneraciones cuántas libras de carbón se
deben tener si:
a. Sólo se usa una vez y se desecha.
b. Si se regenera al tener un contenido de tolueno
en la corriente de salida de 0.5%?
Descargar

TRANSFERENCIA DE MASA