Tema 5. Adsorción
TEMA 5. Adsorción
1. Introducción
2. Adsorbentes industriales
3. Aplicaciones de la adsorción en Ingeniería
Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción
4.1 Isoterma de Langmuir
4.2 Isoterma de Freundlich
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
1. Introducción
La adsorción es una operación de separación en la que
ciertos componentes de una fase fluida se transfieren
hacia la superficie de un sólido, donde quedan unidos
mediante fuerzas de naturaleza física (débiles) o bien
mediante verdaderos enlaces químicos.
Adsorción física
Adsorción química
 Fuerzas de van der Waals
 Carácter exotérmico (1-10
kcal/mol)
 Rápida
 Reversible
 Formación de multicapas
 Ocurre en todos los sólidos y
en toda su superficie
 Poca selectividad
 Dependencia lineal con T
• Enlaces químicos
• Carácter exotérmico (10-100
kcal/mol)
• Lenta
• Irreversible
• Sólo monocapa adsorbida
• Ocurre en ciertos sólidos y en
determinados puntos
• Gran selectividad
• Dependencia exponencial con
T (Arrhenius)
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
1. Introducción
Proceso de decoloración por adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
1. Introducción
ADSORCIÓN POR CICLOS
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
1. Introducción
ADSORCIÓN CONTINUA
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
1. Introducción
Ventajas de la adsorción como operación de separación
Bajo consumo energético
Gran flexibilidad de elección del adsorbente
Elevada selectividad
Frente a la destilación
Pueden separarse componentes con volatilidad relativa
menor o igual a 1,2-1,5. Por ejemplo, la separación de
isómeros es mucho más fácil mediante adsorción con
zeolitas.
Si se trata de separar grupos de componentes que
presentan rangos de puntos de ebullición que se solapan,
sería preciso utilizar varias columnas de destilación, con el
consiguiente aumento de los costes
El producto de interés está en concentración relativamente
baja. En estas condiciones se necesitaría una relación de
reflujo muy elevada en destilación, lo que provocaría un
gran aumento en los costes energéticos.
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
2. Sólidos adsorbentes
 Forma granular: 50 μm- 12 mm
 Resistentes, escasa caída de presión, fluyen con facilidad, etc.
 Elevada superficie específica (1 millón m2/kg)
Arcillas activadas
Alúmina
Adsorbentes
industriales
Carbón activo
Sílica gel
Mallas moleculares: zeolitas
Sólidos cristalinos microporosos en los que existen cavidades en
las que pueden adsorberse moléculas de determinadas
sustancias, dependiendo de las dimensiones de las cavidades.
Tienen gran interés industrial como adsorbentes y catalizadores.
Canales
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
3. Aplicaciones de la adsorción en
Ingeniería Ambiental
En la industria alimentaria:
Decoloración en la industria azucarera
Decoloración de aceites en la refinación
En Ingeniería Ambiental:
Desulfuración del gas natural (eliminación del H2S)
Eliminación de agua de efluentes gaseosos (secado)
Eliminación de olores e impurezas desagradables de
gases industriales como el dióxido de carbono o del
aire
Recuperación de compuestos orgánicos volátiles
(acetona) de corrientes gaseosas
Procesos de potabilización de aguas:
- Control de sabor y olor
- Eliminación de microcontaminantes
- Eliminación de exceso de desinfectante (cloro, ozono)
Depuración de aguas residuales: tratamiento terciario
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
Equipos de adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción
Diseño de un
proceso de
adsorción
Transferencia
de materia
Selección del
adsorbente
Capacidad de adsorción de
soluto que tiene el sólido
El fluido que contiene el soluto o adsorbato se
hace pasar por el sólido adsorbente a T cte y se
mide la concentración de adsorbato a la salida
ISOTERMA DE ADSORCIÓN
Relación de equilibrio entre la concentración de
adsorbato en la fase fluida y la concentración en las
partículas de adsorbente a una temperatura determinada
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
ISOTERMA DE ADSORCIÓN
Representación gráfica de la cantidad de soluto adsorbido
(g de adsorbato/g de adsorbente) frente a la concentración
de adsorbato en la fase fluida (en mg/l o ppm, para líquidos
o en fracción molar o presión parcial para gases ).
Clasificación de Brunauer para las isotermas de adsorción
Tipo II
Tipo I
q
q
Langmuir
BET
c
c
q
Tipo III
q
c
Tipo V
Tipo IV
q
c
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
c
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa
a. Todos los sitios del sólido tienen igual actividad para la
adsorción
b. No existe interacción entre las moléculas adsorbidas
c. Cada unión adsorbato-adsorbente tiene la misma
estructura y sucede por el mismo mecanismo
d. Cada sitio o poro del sólido puede albergar una sola
molécula de adsorbato
q=
qo K p
1+Kp
q: g adsorbato/g adsorbente
qo: máxima cantidad de adsorbato que
puede adsorberse por g adsorbente
K: cte de equilibrio de adsorción
p: presión parcial del adsorbato
Dos casos extremos:
Bajas presiones
q = qo K p
Altas presiones
q = qo
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa
q Kp
p
1+ K p
q
o
q=
=
1
+
qo K
p/q
1
qo
1
qo K
p
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1
qo
p
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
4.2 Isoterma de Freundlich
a = k p1/n
a: Volumen de gas adsorbido por unidad de
masa de adsorbente, m3/kg
p: Presión del gas
k y n: Parámetros característicos del
adsorbente y adsorbato (n>1)
log a = log k + (1/n) log p
log a
1
n
log k
log p
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Descargar

Diapositiva 1