TEMA 5. Adsorción Introducción Adsorbentes industriales

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1 TEMA 5. Adsorción Introducción Adsorbentes industriales
Aplicaciones de la adsorción en Ingeniería Ambiental Modelos isotermos de adsorción 4.1 Isoterma de Langmuir 4.2 Isoterma de Freundlich Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

2 Tema 5. Adsorción 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 ( 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

3 Introducción Proceso de decoloración por adsorción Tema 5. Adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

4 Introducción ADSORCIÓN POR CICLOS Tema 5. Adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

5 Introducción ADSORCIÓN CONTINUA Tema 5. Adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

6 Introducción Ventajas de la adsorción como operación de separación
Tema 5. Adsorción 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

7 2. Sólidos adsorbentes Adsorbentes industriales
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

8 3. Aplicaciones de la adsorción 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

9 Equipos de adsorción Tema 5. Adsorción
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

10 Diseño de un proceso de adsorción
Tema 5. Adsorción 4. Modelos isotermos de adsorción Diseño de un proceso de adsorción Selección del adsorbente Transferencia de materia 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

11 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
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 Langmuir BET Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

12 K p q q = 1 + K p 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
Tema 5. Adsorción 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.) 4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa Todos los sitios del sólido tienen igual actividad para la adsorción No existe interacción entre las moléculas adsorbidas Cada unión adsorbato-adsorbente tiene la misma estructura y sucede por el mismo mecanismo Cada sitio o poro del sólido puede albergar una sola molécula de adsorbato 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 o K p q q = 1 + K p Dos casos extremos: Bajas presiones q = qo K p Altas presiones q = qo Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

13 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
Tema 5. Adsorción 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.) 4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa p/q p Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental

14 4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
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 log p Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental