Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción José María Gutiérrez Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.1.- Introducción: Fenómenos que tienen lugar en la Adsorción. Aplicaciones de la Adsorción. Tipos de equipo utilizados en Adsorción. 4.2.- Fundamentos de la Adsorción: Variables de estado, relaciones de equilibrio, ecuaciones de velocidad. 4.3.-Diseño y selección del equipo de Adsorción: Ecuaciones de diseño, algoritmos de resolución, criterios de selección de columnas de Absorción. 4.4.- Operación de equipos de Adsorción: Instalaciones, equipos accesorios, operación de la instalación. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.1.- Introducción Fenómenos que tienen lugar en la Adsorción Gas o Líquido Sólido Gas o líquido Gas o líquido se ponen en contacto con un sólido y pueden intercambiar materia La operación puede servir para: Gas: Secado, recuperación de disolventes, separación de gases, etc. Líquido: Intercambio iónico, decoloración, eliminación de contaminantes, secado, etc. Materia Operación Materia Regeneración Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 2.1.- Introducción: Fenómenos que tienen lugar en la Adsorción ADSORCIÓN DESORCIÓN Interfase CAG CAS SÓLIDO GAS o LÍQUIDO A Interfase CAG CAS SÓLIDO GAS o LÍQUIDO A El transporte de materia en cada fase se produce debido a gradientes de concentración. En la interfase existe equilibrio termodinámico entre las concentraciones del sólido y del gas o líquido Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.1.- Introducción: Tipos de equipo utilizados en la Adsorción Objetivo: Favorecer el contacto de las fases sólida y gas o líquido haciendo lo mayor posible el área de transferencia para obtener una mayor capacidad de adsorción Condicionantes: Pérdida de presión del gas o líquido lo más pequeña posible La corriente de gas o del líquido debe entrar en contacto con el sólido sin canales preferentes de paso Solución: Columnas cilíndricas con diámetro mucho menor que la altura. El sólido adsorbente compactado en pequeños agregados colocado como relleno de la columna. El líquido o gas circulando en contacto con el sólido. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.1.- Introducción: Tipos de equipo utilizados en la Adsorción Adsorción: Sólido con gran superficie específica Intercambio Iónico: Partículas Porosas con grupos accesibles. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.1.- Introducción: Tipos de equipo utilizados en la Adsorción Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos de la Adsorción Estado Fase S: tres grados de libertad Razón másica: Concentración: L o G S A+B C+B Fase L o G: tres grados de libertad Fracción molar: Razón molar: Concentración: Presión parcial: Dos fases relevantes Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos de la Adsorción Isoterma de equilibrio Equilibrio de adsorción X c (a) (b) (c) (d) (e) (a) Muy favorable; (b) Favorable; (c) Irreversible; (d) Lineal; (e) Desfavorable S A+B C+B Equilibrio: TG=TL yi = f(xi) L o G Isoterma de Langmuir Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos de la Adsorción Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos de la Adsorción Equilibrio de intercambio iónico A(solución) + B(sólido) A(sólido)+ B(solución) KAB cociente de selectividades Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos del Intercambio Iónico Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.2.- Fundamentos de la Adsorción Coeficientes individuales de transferencia de materia Velocidad de adsorción Gas o líquido NB Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Ecuaciones de diseño: Balances diferenciales L cS c0 c c+dc Ecuación de velocidad Ecuación de equilibrio Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción C 0,05Co 0,95Co (1) (2) VR qR VA qA Va qa V, q Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción f fracción no saturada de la zona de cambio Z-Za Za Tiempo de operación de la columna igual a tiempo de ruptura, qR Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Estimación de Za G YS=0 Y0 Y Y+dY W XT X=0 dc YA YR Za Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Estimación de Za Aplicación a intercambio iónico Estimación de f Se puede suponer: f = 0,5 Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Selección de variables de diseño Adsorción u0 20-50 cm/s 40 cm/s  Z 3-10 Za 5 Za  Tiempo Operación 0,5-8 h 4 h  dp 0,5-10 mm 4-8 mm  Tiempo Regeneración 1/2 tiempo operación  Número adsorbedores 1-6 2-3 Intercambio Iónico  Diámetro lecho <6 m  Altura lecho 1-6 m 1-3 m  dp 0,8-0,18 mm  L/S 50-500 L/(min·m2) 250-350 L/(min·m2) Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Algoritmo de resolución del problema de diseño Dado el caudal y la concentración, elegir el sólido adsorbente, establecer el tiempo de operación, y dimensionar la columna que permita operar durante el tiempo elegido sin que la concentración de salida supere un valor dado. Se elige el sólido adsorbente como un compromiso entre selectividad, capacidad, economía, etc. Se elige la sección de la columna. Se determina el valor de Za. Para ello, se estima el valor del coeficiente de transferencia y se calcula HUT, por un lado, y se determina el NUT efectuando la integral, numéricamente si hace falta. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.3.- Diseño y selección de columnas de Adsorción Algoritmo de resolución del problema de diseño 4. Se determina la altura de columna necesaria para el tiempo de operación seleccionado, suponiendo f = 0,5, mediante la expresión: 5. Si no se considera adecuada la altura se considera cambiar de adsorbente o cambiar de sección de la columna. 6. Se estiman las condiciones de regeneración para tiempo de regeneración igual a la mitad del tiempo de operación. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción

Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción 4.4.- Operación de columnas de adsorción Cambio de columnas manual o automático con reloj. Posibilidad de utilizar tres columnas.   Posible determinación de concentración final, humedad, conductividad, etc Intercambio iónico   1-   Procesado 2-   Lavado para recuperación de la solución ocluida 3-   Lavado a contracorriente para eliminar sustancias extrañas. 4-   Regeneración 5-   Lavado para eliminar regenerante ocluido. Cochabamba, Bo (2007); Tecnología del Medio Ambiente: 4. Adsorción