COLUMNAS DE ABSORCION

COLUMNAS DE ABSORCIONPROCESOS MINEROS Y METALURGICOS2013ING. JESUS GRANDA ROMEROINGENIERIA INDUSTRIAL VII SEMESTRE23/05/2013

INTEGRANTES:BARREDA ASCUA MARCOGAMERO CANALES MARCIAMIRANDA MIRANDA MELINA

[Columnas de Absorcin]Pgina 18

INDICE

I. EVALUACIN DE COLUMNA 5

1.Parmetros hidrodinmicos5

II. TIPOS DE COLUMNAS DE ABSORCION5

1. Columna de absorcin de gas de pared hmeda CES5

Posibilidades de demostracin6

Experimentos tpicos7

Descripcin del Equipo7

Especificaciones tipo Pliego7

2. Columna de absorcin de relleno8

Distribucin del relleno8

Caractersticas de los rellenos de columnas de absorcin9

Materiales9

Objetivo del diseo9

Otros parmetros de diseo9

Datos de diseo que son conocidos normalmente9

III. EJEMPLOS DE COLUMNAS DE ABSORCION11

1. Columna de absorcin de Gas UOP 711

Posibilidades de demostracin11

Descripcin del Equipo11

Caractersticas Tcnicas12

Especificaciones tipo Pliego12

2. Columna de Absorcin Gas Cd. 99460013

Generalidades13

Composicin13

Descripcin13

Experimentos realizables14

3. Esquema de una columna moderna de rectificacin14

IV. APLICACIONES DE LA ABSORCION14

1. Efluentes Gaseosos16Absorcin de gases en lquidos

VI. REFERENCIAS19

En este equipo se permite poner en contacto dos fluidos a contracorriente dentro de una columna de acrlico, rellena de anillos rashing, donde el componente de inters de la fase gaseosa se transfiere a la fase lquida.

En este, tambin se puede observar el proceso de absorcin del gas y posee la capacidad para realizar prcticas de humidificacin. Para los operadores y diseadores de planta, es necesario conocer las caractersticas del flujo y de la transferencia de masa dentro de la columna.

Absorcin de gases: operacin de transferencia de materia cuyo objetivo es separar uno o ms componentes (el soluto) de una fase gaseosa por medio de una fase lquida 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 veces un soluto se recupera de un lquido poniendo ste en contacto con un gas inerte. Tal operacin, que es inversa de la absorcin, recibe el nombre de desorcin de gases, desabsorcin o stripping.

Ejemplo: eliminacin de amonaco a partir de una mezcla de amonaco y aire por medio de agua lquida. Posteriormente se recupera el soluto del lquido por destilacin u otra tcnica y el lquido absorbente se puede desechar o reutilizar.

I.- EVALUACIN DE COLUMNA

La evaluacin de una columna de absorcin, como la de cualquier columna industrial, involucra la determinacin de tres caractersticas fundamentales: capacidad, eficiencia y costo. La mayor capacidad se refiere a los flujos posibles en la columna, lquido, gaseoso o de ambos. La capacidad se mide con base al parmetro hidrodinmico de la columna. La eficiencia se mide cuando se logre transferir mayor cantidad de masa (permitida por el sistema) por altura empacada de la columna, o cuando la misma cantidad de masa se transfiere con menor altura empacada. La eficiencia de una columna se mide con base en los parmetros operacionales de transferencia de masa (altura equivalente por plato terico). El costo de un proceso de separacin (o de purificacin) depende directamente de la relacin entre la concentracin inicial y la final de las sustancias a transferir. Los costos sern un reflejo de la capacidad y eficiencia de la columna de separacin.

1. Parmetros hidrodinmicos

El anlisis hidrodinmico se realiza explorando las diferentes zonas de operacin (estable o precarga, turbulencia o carga e inundacin), con el fin de evaluar la capacidad de la columna. La hidrodinmica de cada empaque se obtiene determinando la cada de presin que se presenta en la columna debido al paso del gas a travs del lecho empacado, tanto en seco (flujo lquido cero) como cuando participa el flujo lquido. La retencin lquida total es la suma de los elementos esttico y dinmico. La retencin esttica es la cantidad de lquido retenido por el empaque, a cero flujos gaseoso y lquido. La dinmica es la cantidad adicional de lquido retenido por el empaque cuando los flujos gaseoso y lquido se alimentan a la columna (Billet, 1995; Stichlmair et al., 1989).

II.- TIPOS DE COLUMNAS DE ABSORCION

1.-Columna de absorcin de gas de pared hmeda - CES

Las columnas de pared hmeda pueden utilizarse para determinar coeficientes de transferencia de masa gas/lquido, esencial a la hora de calcular el diseo de las torres de absorcin. Dichos coeficientes forman la base de las correlaciones usadas para desarrollar torres de relleno. El CES examina la absorcin en agua desoxigenada (preparada por aspersin de nitrgeno) de oxgeno del aire. ste es un ejemplo de absorcin controlada por pelcula lquida. Puede determinarse el coeficiente de transferencia de masa de pelcula lquida para diversos caudales msicos de agua.

Posibilidades De demostracin

1. Clculo de coeficientes de transferencia de masa de pelcula lquida2. Variacin de coeficiente con el caudal msico3. Variacin del caudal de oxgeno para determinar la relacin de ley de potencia

Experimentos tpicos

El sistema elegido para el experimento es la absorcin de oxgeno en agua libre de oxgeno. En este sistema, la solubilidad y la entalpa de solucin son pequeas, y al saturar el aire de entrada con agua, se eliminan los efectos de humidificacin. De esta forma, es posible mantener condiciones razonablemente isotrmicas en toda la columna.El procedimiento experimental permite calcular una relacin de ley de potencia y la comparacin de sta con las relaciones publicadas, tales como: para diversos caudales de oxgeno (en forma de aire) es posible determinar una ley de potencia y compararla con los valores publicados.

Para trazar el grfico, los estudiantes deben calcular coeficientes de diferencia de concentracin media logartmica, de flujo msico y de transferencia de masa. Tambin puede realizarse un anlisis de errores completo.

Descripcin del Equipo

Los componentes del sistema estn montados en un bastidor de suelo de acero pintado.La columna de pared mojada es una columna de vidrio con secciones de entrada y salida de agua, y est montada sobre cardanes con el fin de asegurar su verticalidad.La columna de desoxigenacin tiene un tamao global similar al de la columna de pared mojada, y est situada en posicin vertical junto a aqulla. Al lado de las columnas hay una consola de control con caudalmetros, controles de bomba y analizador de oxgeno. Entre las columnas hay dos alojamientos especiales, que contienen las sondas de anlisis de oxgeno que monitorizan el contenido de oxgeno en el agua que entra y sale de la columna de absorcin. El aparato utiliza como medio de trabajo agua, contenida en un tanque de almacenamiento en la parte de atrs de la unidad. Las bombas que suministran agua al desoxigenador y la columna de absorcin estn situadas en la base de la unidad.Durante la operacin, el agua es aspersada con nitrgeno en el desoxigenador antes de entrar por la parte superior de la columna de pared mojada. Una bomba de aire integral tipo diafragma bombea aire en la base de la columna. El aire asciende por la columna, entregando el oxgeno al agua.El oxgeno disuelto en la entrada y la salida puede medirse en rpida sucesin. El agua se drena al tanque de almacenamiento para su reciclaje al desoxigenador.

Especificaciones tipo Pliego

La unidad se utiliza para experimentos de coeficientes de transferencia de masa de pelcula lquida y variaciones del coeficiente con el caudal msico. En segundo lugar, el estudio de la absorcin de oxgeno del aire en agua desoxigenada. El aparato consta de una columna de pared mojada de vidrio y otra, independiente, de desoxigenacin, de material acrlico. El equipo incluye un tanque de almacenamiento de agua, bombas de alimentacin (2), analizador de oxgeno y bomba de aire.

2.-Columna de absorcin de relleno

La columna de absorcin de relleno est construida est rellenada de anillos Raschig de 10mm x 10mm, tambin de vidrio, que son representativos del tipo de relleno usado para la absorcin de gas. El lquido usado en el proceso se almacena en un tanque de alimentacin rectangular de y se utiliza una bomba centrfuga para suministrar el lquido a la cabeza de la columna, desde donde desciende por el relleno y vuelve al tanque. Un medidor de flujo de rea variable instalado en la lnea de recirculacin da una lectura directa del caudal.

El gas a absorber es extrado de un cilindro presurizado (no suministrado), colocado junto a la columna. Este gas pasa a travs de un medidor de flujo de rea variable calibrado, y se mezcla con un flujo de aire, tambin de caudal conocido, que proviene de un compresor giratorio situado en el bastidor. La relacin de gas a aire de la mezcla que entra en la columna es por tanto conocida y es fcilmente variable. La mezcla de gas entra por el fondo de la columna, asciende a travs del lecho denso y se contrae en contracorriente con el lquido que desciende por la columna.

Unos puntos de muestreo de presin en la base, el centro y la cabeza de la columna permiten registrar la cada de presin en la columna usando manmetros. Estos puntos de muestreo tambin ofrecen un medio para extraer muestras de gas de la columna.

Distribucin del relleno

a. Al azar: tamao < 3 pulgadas (2,54 cm) (< 1 se usan en laboratorio)b. Ordenados: entre 2 y 8 pulgadas

Caractersticas de los rellenos de columnas de absorcin

1. Qumicamente inerte frente a los fluidos de la torre.2. Resistente mecnicamente sin tener un peso excesivo.3. Tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva retencin de lquido o cada depresin.4. Proporcionar un buen contacto entre el lquido y el gas.5. Coste razonable

Materiales

Baratos, inertes y ligeros: Arcilla, porcelana, plsticos, acero, aluminio Unidades de relleno huecas, que garantizan la porosidad del lecho y el paso de los fluidos

Objetivo del diseo

Conseguir el mximo de transferencia de componentes con el mnimo consumo de energa y de tamao de columna, es decir, con el mnimo coste.

Disear una columna de absorcinCalcular la altura de relleno necesaria para lograr laseparacin deseada

Otros parmetros de diseo

El dimetro de la columna Los caudales de las dos fases El tipo de relleno.

Datos de diseo que son conocidos normalmente:

Condiciones de operacin de la columna: P y T Composicin de las corrientes de entrada Composicin del gas a la salida (fin perseguido) Circulacin en contracorriente

III.- EJEMPLOS DE COLUMNAS DE ABSORCIN

1.- Columna de absorcin de gas UOP7

La Columna de absorcin de gas de Armfield ha sido diseada para demostrar los principios de la absorcin de gas y para proporcionar formacin prctica en la operacin de plantas de absorcin de gas.

Posibilidades de demostracin

Estudio de los principios bsicos de absorcin de un gas en un lquido usando una columna de relleno

Demostracin de mtodos de anlisis cuantitativo de gas y lquido Produccin de balances de masa para una columna de absorcin de relleno Determinacin del coeficiente de transferencia de masaEstudio de las caractersticas hidrodinmicas de una columna de rellenoDeterminacin de puntos de carga y de inundacin

Descripcin del Equipo

La columna de absorcin de relleno est construida de dos secciones de vidrio de borosilicato de 75mm de dimetro unidas por los extremos e instaladas verticalmente en un bastidor de suelo de acero dulce. La columna est rellenada de anillos Raschig de 10mm x10mm, tambin de vidrio, que son representativos del tipo de relleno usado para la absorcin de gas. El lquido usado en el proceso se almacena en un tanque de alimentacin rectangular de 50,0 litros y se utiliza una bomba centrfuga para suministrar el lquido a la cabeza de la columna, desde donde desciende por el relleno y vuelve al tanque. Un medidor de flujo de rea variable instalado en la lnea de recirculacin da una lectura directa del caudal.El gas a absorber es normalmente dixido de carbono, y sera extrado de un cilindro presurizado (no suministrado), colocado junto a la columna. Este gas pasa a travs de un medidor de flujo de rea variable calibrado, y se mezcla con un flujo de aire, tambin de caudal conocido, que proviene de un compresor giratorio situado en el bastidor. La relacin de gas a aire de la mezcla que entra en la columna es por tanto conocida y es fcilmente variable. La mezcla de gas entra por el fondo de la columna, asciende a travs del lecho denso y se contrae en contracorriente con el lquido que desciende por la columna.

Unos puntos de muestreo de presin en la base, el centro y la cabeza de la columna permiten registrar la cada de presin en la columna usando manmetros. Estos puntos de muestreo tambin ofrecen un medio para extraer muestras de gas de la columna. El contenido en dixido de carbono de las muestras de gas se determina usando un aparato de Hempl. Los caudalmetros, los manmetros y el equipo de anlisis de gas van montados en un panel trasero vertical a una altura cmoda para la operacin.

Caractersticas Tcnicas

Capacidad del tanque de alimentacin: 50,0 litros Dimetro de la columna: 0,075m Volumen del relleno: 7,0 litros Altura de la columna de absorcin: 1,4m Tipo de relleno: Anillos Raschig 10x10mm Capacidad del compresor de aire: 0,15m3/min a 0,3bar Capacidad de la bomba de alimentacin de la columna: Intervalo del medidor del flujo de aire: 20 -180 l/min. Intervalo del medidor del flujo de gas: 1,0 -22,0 l/min. Intervalo del medidor del flujo de agua: 1,0-10,0 l/min

Especificaciones tipo Pliego

Columna de relleno de absorcin de gas en unidad de suelo, con una columna de vidrio de 75mm de dimetro y 1,4m de longitud. La columna contiene 7 litros de anillos Raschig de vidrio de 10 x 10mm y va montada en un bastidor de acero.La cabeza, el centro y la base de la columna estn provistos de tomas para sensores de presin y para muestreo de gas. Se incluyen dos manmetros para medir la presin. Se incluye un aparato de anlisis de gas del tipo Hempl. Se incluyen tres caudalmetros de rea variable para medir el caudal de gas, aire y lquido. Un compresor giratorio es utilizado para bombear aire a la columna.Una bomba centrfuga circula el agua (disolvente) desde un tanque de alimentacin de 50 litros de capacidad.Se suministra un completo manual de instrucciones que detalla los procedimientos necesarios de instalacin, puesta en marcha y mantenimiento. El manual de instrucciones tambin incluye protocolos detallados para experimentos, para el estudio de:Los principios de la absorcin de gas en un lquido usando una columna de relleno. Mtodos de anlisis cuantitativo de gas y lquido. Balance de masas en una columna de absorcin de relleno. Determinacin del coeficiente de transferencia de masa. Caractersticas hidrodinmicas de una columna de relleno. Determinacin de puntos de carga y de inundacin.

2.- Columna de Absorcin Gas - Cd. 994600

Generalidades

Uno de los procesos fundamentales en la qumica industrial es la absorcin que consiste en disolver gases en un lquido.Esta operacin permite tanto separar uno o ms componentes de una mezcla gaseosa como producir un lquido con la adicin de un gas en la cantidad deseada.La unidad IC131D permite estudiar estos fenmenos mediante una columna de absorcin de llenado que acta en contracorriente.

Composicin

columna de vidrio borosilicato dimetro interno 80 mm, longitud 1600 mm., llenada con anillos RASCHIG 8 mm flujometro agua (caudal max 800 lt/h) flujometro aire (caudal max. 5000 Nlt/h) d) flujometro gas (caudal max. 2000 Nlt/h) e) tanque de capacidad: 50 litros n. 2 manmetros en U n. 4 puntos de extraccin de muestras para anlisis h) n. 4 termopares conectados al display digital n. 3 puntos de medida de presin j)bomba de alimentacin compresor volumetrico soporte en material anticorrosin

Descripcin

La unidad IC131D est constituida fundamentalmente por una columna de llenado con anillos Raschig cargados a granel.El agua entra por la extremidad superior de la columna empujada por una electrobomba centrfuga que aspira desde un tanque de almacenaje.La lnea del gas est conectada a la parte inferior de la columna y puede ser alimentada por un compresor de aire, por una bombona de gas o bien por una mezcla gas/aire. Sobre las lneas lquido y gas estn insertados tres flujmetros para poder medir el caudal del fluido, mientras que en la columna estn predispuestas, tomas de presin, termopares y tomas de muestras que permiten tener bajo control la evolucin del proceso.Sobre la estructura metlica que soporta el conjunto de aparatos est fijado el mdulo de mando que prev tambin un indicador digital de temperatura conectado a los termopares de la columna.

Experimentos realizables

a) Balance de masa para sistemas de absorcin b) Prdidas de carga en la columnab) Eficiencia de la columnac) Coeficiente de transferencia de masa gas-lquido

Leyenda diseo1. Troncos de columna de llenado2. Pequeo tronco intermedio3. Cabecera superior de la columna, entrada agua4. Cabecera inferior de la columna, entrada gas y descarga5. Vlvula para lavado/descarga de la columna6. Vlvula para la regulacin del eflujo del lquido de la columna7. Vlvula de seguridad8. Tanque de alimentacin y recogida del lquido9. Vlvula de flotador

10. Conexin de la alimentacin de agua11. Vlvula para la descarga del tanque12. Filtro13. Bomba centrfuga de circulacin14. Vlvula para la regulacin del caudal del lquido15. Medidor de flotador del caudal del lquido16. Manmetro a U a mercurio17. Termoresistencia18. Puntos de extraccin de muestras19. Manmetro a U a mercurio20. Medidor de flotador del caudal de aire21. Medidor de flotador del caudal de gas22. Vlvula de regulacin del caudal de aire23. Vlvula de regulacin del caudal de la componente de gas24. Intercambiador de calor agua/aire25. Compresor volumtrico26. Filtro de aire27. Regulador de presin (*)28. Bombona de gas (** )29. Mdulo de mando30. Interruptor bomba31. Interruptor compresor32. Lector digital temperaturas(*) No se suministra por el hecho de ser parte integrante de la bombona y del tipo de gas contenido en la misma.(**) No se suministra por las normas vigentes sobre el transporte del gas envasado.

3.- Esquema de una columna moderna de rectificacin.

Platos con campanas de burbujeo con flujo cruzado para el contacto entre dos fases. El gas fluye en el sentido que indican las flechas delgadas. El lquido fluye como lo indican las flechas gruesas. Las campanas de burbujeo dispersan el gas en el lquido.

IV.- APLICACIONES DE LA ABSORCIN

Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de produccin

Mtodo de control de emisiones de contaminantes a la atmsfera, reteniendo las sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados), es decir en efluentes gaseosos

La recuperacin de gases cidos como H2S, mercaptanos y CO2 con disoluciones de aminas

Produccin industrial de disoluciones cidas o bsicas en agua (cidos clorhdrico, sulfrico y ntrico o hidrxido amnico)

Eliminacin de SO2 de gases de combustin con disoluciones acuosas de hidrxido de sodio

La eliminacin de xidos de nitrgeno con disoluciones de agentes oxidantes

1- Efluentes Gaseosos

Absorcin de gases en lquidos

La absorcin de gas en un lquido, la cual ocurre durante el proceso de limpieza por frotamiento, es una operacin de unidad de ingeniera qumica estndar, desarrollada desde el punto de vista tcnicoyrelativamente biencomprendida.Cuandosetrabajacon concentraciones comparativamente elevadas de un gas contaminante (del orden del 1% o ms), es prctica frecuente utilizar un sistema de flujo a contracorriente en una unidad tal como una torre de absorcin empaquetada, como se muestra en la figura. Esto tiene la ventaja de que la concentracin ms baja del contaminante en el gas, se encuentra en contacto con el lquido ms dbil, el cual es el lquido absorbente en el que hay menor concentracin del gas contaminante (o quiz lquido absorbente puro si no ha circulado dentro de un sistema cerrado). El lquido ms concentrado que se separa de la columna de absorcin entra en contacto con la concentracin ms elevada del contaminante. Entonces el lquido absorbente que se utiliza se puede retirar como desecho o se puede tratar de tal manera que sea posible reciclarlo. En muchos casos el contaminante, cuando se remueve (enjuga) del lquido absorbente, se puede utilizar como material bsico para procesamiento ulterior. As, una operacin comn en las refineras de petrleo es la absorcin del cido sulfhdrico en una solucin alcalina, su subsiguiente enjugue mediante el uso de vapor y luego su conversin en azufre. Este azufre es el material no elaborado que se usa en la produccin de fertilizante (superfosfato).

Los contaminantes del aire que se encuentran presentes a concentraciones muy bajas se limpian con frecuencia por friccin en un sistema de corriente coordinada, donde el gas sigue la misma direccin que el lquido limpiador.

El tamao del depurador de gases y su efectividad relativa son una funcin de una cantidad de parmetros: la superficie de exposicin del lquido absorbente, la temperatura, el tiempo disponible y la fuerza de conduccin que lleva a las molculas del gas contaminante hacia la superficie del lquido y afecta su absorcin. Esto depende de la naturaleza qumica y la interaccin del gas contaminante con el lquido. Si el gas se absorbe con facilidad, por ejemplo amonaco en agua, se tiene una gran fuerza de conduccin y el sistema requerido puede ser relativamente ms pequeo que si se trata de un sistema de absorcin difcil, tal como dixido de azufre en agua. La opcin normal para la limpieza de SO2 por frotamiento no sera agua sino una solucin alcalina, tal como amonaco, en el cual el SO2 es muy soluble. La fuerza de conduccin tambin es una funcin de la concentracin del gas contaminante en la corriente de gas y en la superficie lquida, y se reduce conforme el lquido se aproxima a la saturacin con el gas.

La superficie de exposicin a travs de la cual un gas se absorbe es una funcin del tamao de la gota del lquido (en un depurador de gases de tipo roco) o de las dimensiones y tipo de empaquetamiento (en una torre empaquetada), as como tambin de la cantidad de lquido por unidad de volumen de gas que se utiliza y de las dimensiones fsicas del sistema. El clculo del tamao de una torre de absorcin para efectuar un grado de purificacin de gas especfico es un clculo de ingeniera mecnica estndar. Sin embargo, se debera destacar que el logro obtenido es una funcin compleja del diseo y del control de operacin y que el diseo final es una funcin de la experiencia as como tambin de la teora.

En general, los contaminantes gaseosos presentes a concentraciones moderadas, menos de cerca del 0,1% en volumen, se manejan con efectividad mediante depuradores lquidos de gases siempre y cuando se encuentre disponible un lquido absorbente adecuado. Los lquidos limpiadores para depuradores de gases incluyen agua para amonaco y cido clorhdrico en forma de gas, cido sulfrico para amonaco, soluciones de metil y etilamina para cido sulfhdrico, soluciones de sulfito de sodio y pastas aguadas de caliza para cido sulfrico y muchos otros. Los gases colectados, en algunos de los ejemplos ya mencionados, con frecuencia se enjugan de la fase lquida con vapor o mediante calentamiento directo, adems de que se tratan, ahora como un producto ms concentrado, mediante un proceso secundario. La remocin de cido sulfhdrico a partir de gas natural y productos de refinera de petrleo y su subsiguiente reduccin a azufre, es un ejemplo del uso de limpieza por frotamiento para concentracin del contaminante antes de su conversin en una forma ms til o eliminable con mayor facilidad.

ANEXOS

REFERENCIAS

Columna de absorcin de gas UOP7 www.tecnoedu.com/Armfield/UOP7.php Evaluacin de columna www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642004000100003&script=sci_arttext www.crodecelaya.edu.mx/ColumnaAbsorcion.html Aplicaciones en el Per http://www.hytech.com.ar/petroquimica.htm Columnas de relleno http://www4.ujaen.es/~ecastro/psia%20tema4%20para%20publicar.pdf