La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental TEMA 4. Absorción de gases 1. Introducción 2. Diseño de una columna de relleno 2.1 Cálculo de la altura.

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental TEMA 4. Absorción de gases 1. Introducción 2. Diseño de una columna de relleno 2.1 Cálculo de la altura."— Transcripción de la presentación:

1 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental TEMA 4. Absorción de gases 1. Introducción 2. Diseño de una columna de relleno 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista macroscópico Punto de vista microscópico 2.2 Otros elementos de diseño 3. Otros equipos de absorción Tema 4. Absorción de gases

2 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN Absorción de gases: operación de transferencia de materia cuyo objetivo es separar uno o más componentes (el soluto) de una fase gaseosa por medio de una fase líquida en la que los componentes a eliminar son solubles (los restantes componentes son insolubles). Se produce una transferencia de materia entre dos fases inmiscibles. A Fase YFase X z xAyAxAyA yAyA y Ai x Ai xAxA Interfase Tema 4. Absorción de gases A veces un soluto se recupera de un líquido poniendo éste en contacto con un gas inerte. Tal operación, que es inversa de la absorción, recibe el nombre de desorción de gases, desabsorción o stripping. Ejemplo: eliminación de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida. Posteriormente se recupera el soluto del líquido por destilación u otra técnica y el líquido absorbente se puede desechar o reutilizar.

3 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN (cont.) Aplicaciones de la absorción: Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de producción Control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados) Recuperación de gases ácidos como H 2 S, mercaptanos y CO 2 con disoluciones de aminas Producción industrial de disoluciones ácidas o básicas en agua (ácidos clorhídrico, sulfúrico y nítrico o hidróxido amónico) Eliminación de SO 2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido de sodio Eliminación de óxidos de nitrógeno con disoluciones de agentes oxidantes Tema 4. Absorción de gases

4 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN (cont.) Equipos en los que se produce la absorción/desorción de gases Columnas de relleno Columnas de platos Tema 4. Absorción de gases

5 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN (cont.) Columnas de relleno Entrada de gas Salida de gas Entrada de líquido Salida de líquido Relleno Tema 4. Absorción de gases

6 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN (cont.) Cuerpos de relleno típicos: a) montura Berl; b) montura Intalox; c) anillo Raschig; d) anillo Pall Distribución del relleno: 1.Al azar: tamaño < 3 pulgadas (2,54 cm) (< 1 se usan en laboratorio o planta piloto) 2.Ordenados: entre 2 y 8 pulgadas Columnas de relleno abcd Tema 4. Absorción de gases

7 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 1.INTRODUCCIÓN (cont.) Características de los rellenos de columnas de absorción: 1. Químicamente inerte frente a los fluidos de la torre. 2. Resistente mecánicamente sin tener un peso excesivo. 3. Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retención de líquido o caída de presión. 4. Proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas. 5. Coste razonable. Materiales: Baratos, inertes y ligeros: Arcilla, porcelana, plásticos, acero, aluminio. Unidades de relleno huecas, que garantizan la porosidad del lecho y el paso de los fluidos. Columnas de relleno Tema 4. Absorción de gases

8 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2. DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO Objetivo del diseño conseguir el máximo de transferencia de componentes con el mínimo consumo de energía y de tamaño de columna, es decir, con el mínimo coste. Diseñar una columna de absorción Calcular la altura del relleno necesarios para lograr la separación deseada Datos de diseño que son conocidos normalmente: Condiciones de operación de la columna: P T y T Composición de las corrientes de entrada Composición del gas a la salida (fin perseguido) Circulación en contracorriente Tema 4. Absorción de gases Diámetro de la columna Caudales de las dos fases Tipo de relleno. Otros parámetros de diseño:

9 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2. DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO (cont.) Entrada de gas Salida de gas Entrada de líquido Salida de líquido Relleno Caudal volumétrico composición Caudal volumétrico Composición: objetivo Caudal volumétrico composición Caudal volumétrico ¿Composición? Tema 4. Absorción de gases

10 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2. DISEÑO DE UNA COLUMNA DE RELLENO (cont.) P1Y1y1P1Y1y1 G1G1 G2G2 P2Y2y2P2Y2y2 X1x1X1x1 L1L1 L2L2 X2x2X2x2 PTTPTT LsLs GsGs 1 2 Tema 4. Absorción de gases L y G: caudales de líquido y gas (mol/s m 2 ) x e y: fracciones molares de líquido y gas L S (mol C/s m 2 ) G S (mol B/s m 2 ) Y (mol A/mol B) X (mol A/mol C) Se va a estudiar el caso de absorción, en estado estacionario, de un soluto A desde una mezcla gaseosa con B mediante un absorbente líquido C Ecuaciones de transformación

11 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2.1 Cálculo de la altura de relleno Altura de relleno Punto de vista macroscópico: Consiste en determinar el número de etapas o pisos teóricos, NPT, y disponer de la altura equivalente a un piso teórico, AEPT. h = NPT · AEPT Punto de vista microscópico: Conjugar Balances de materia y energía con la expresiones cinéticas de densidades de flujo. En caso de absorción isoterma no hay que considerar el balance de energía Tema 4. Absorción de gases P1Y1y1P1Y1y1 G1G1 G2G2 P2Y2y2P2Y2y2 X1x1X1x1 L1L1 L2L2 X2x2X2x2 PTTPTT LsLs GsGs 1 2

12 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista macroscópico P1Y1P1Y1 P2Y2P2Y2 X1X1 X2X2 PTTPTT LsLs GsGs Balance de materia (soluto, A) 1 2 Tema 4. Absorción de gases

13 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental Tema 4. Absorción de gases Una vez fijada la recta de operación en el diagrama X-Y (L S,óptimo varía entre 1,2 y 1,5 veces el valor de L S,mínimo ) el cálculo del número de etapas o pisos teórico, NPT, para la separación deseada es inmediato. 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista macroscópico

14 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista microscópico Balance de materia (A) Tema 4. Absorción de gases

15 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista microscópico Caso 1: Coeficiente global volumétrico de la fase gaseosa y la fuerza impulsora en relaciones molares Para disoluciones diluidas (coeficiente global volumétrico constante) se suele cumplir que la relación de equilibrio es lineal Tema 4. Absorción de gases

16 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental Caso 2: Coeficiente global volumétrico de la fase líquida y la fuerza impulsora en relaciones molares. Para disoluciones diluidas: Tema 4. Absorción de gases 2.1 Cálculo de la altura de relleno Punto de vista microscópico

17 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 2.2 Otros elementos de diseño Caudal volumétrico de líquido Tema 4. Absorción de gases Caudal de gas Se define el caudal de mojado como el cociente entre el caudal volumétrico y el perímetro del relleno; y debe ser siempre superior a un cierto valor. El caudal mínimo de mojado para la mayoría de los rellenos vale 0,08 m 3 /(h·m) y el caudal máximo de mojado suele ser de unos 0,7 m 3 /(h·m) Diámetro de la columna La velocidad del gas a la cual se produce el anegamiento se llama velocidad de inundación. Generalmente se opera a la mitad de la velocidad de inundación El diámetro de la columna es el segundo parámetro de diseño (el primero es la altura) y su cálculo se realiza a partir de consideraciones fluidodinámicas, es decir, a partir de los datos de caudales de circulación del gas y del líquido.

18 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 3 OTROS EQUIPOS DE ABSORCIÓN 3.1 Columnas de platos Tema 4. Absorción de gases

19 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 3 OTROS EQUIPOS DE ABSORCIÓN 3.1 Columnas de platos Condiciones que favorecen a las columnas de relleno: 1.Columnas de pequeño diámetro 2.Medios corrosivos 3.Bajas retenciones de líquido (si el material es térmicamente inestable) 4.Líquidos que forman espuma (debido a que en columnas de relleno la agitación es menor) Condiciones que favorecen a las columnas de platos: 1.Cargas variables de líquido y/o vapor 2.Presiones superiores a la atmosférica 3.Bajas velocidades de líquido 4.Gran número de etapas y/o diámetro 5.Elevados tiempos de residencia del líquido 6.Posible ensuciamiento (las columnas de platos son más fáciles de limpiar) 7.Esfuerzos térmicos o mecánicos (que pueden provocar la rotura del relleno) Tema 4. Absorción de gases

20 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental 3 OTROS EQUIPOS DE ABSORCIÓN 3.2 Columnas de paredes mojadas Tema 4. Absorción de gases

21 Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental ANEXO: Esquema para la resolución de problemas de absorción Caso general: integración gráfica o numérica (problema 1) (si controla la fase gaseosa) (si controla la fase líquida) La línea de equilibrio es recta: no hay que usar gráfica (Problema 5 de la relación) (controla la fase gaseosa)(controla la fase líquida) Caso habitual: sustituir NUT por NPT (problemas restantes) 1.Representar la curva de equilibrio Y-X a partir de los datos 2.Calcular Y 1, Y 2 y X 2 (razones molares) y representarlos; calcular L s y G s (caudales de inerte) 3.Partiendo de Y 1, localizar el corte con la curva de equilibrio; en abscisas se lee X 1,max 4.Usar el BM(soluto) para determinar (L s /G s ) min y, con el caudal de L s superior al mínimo, (L s /G s ) min y X 1. Representar X 1 y situar el punto de corte con la línea de equilibrio 5.Trazar la línea de operación uniendo (X2,Y2) y (X1, Y1) 6.Determinar NPT y h Tema 4. Absorción de gases


Descargar ppt "Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental TEMA 4. Absorción de gases 1. Introducción 2. Diseño de una columna de relleno 2.1 Cálculo de la altura."

Presentaciones similares


Anuncios Google