Absorcion Desorcion 3p6z4n

c Es la operación unitaria que consiste en la separación de uno o mas componentes de una mezcla gaseosa con la ayuda de un solvente liquido con el cual forma solución (un soluto A, o varios solutos, se absorben de la fase gaseosa y pasan a la liquida). Este proceso implica una difusión molecular o una transferencia de masa del soluto A a través del gas B, que no se difunde y esta en reposo, hacia un liquido C, también en reposo. Se define absorción como una operación unitaria regida por transferencias de materia que consiste en poner en o un gas con líquido con el obj etivo de que en él se disuelva alguno de los componentes del gas. Desorción operación continua a la absorción y en ella un gas disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte quedando eliminado del líquido inicial. En algunas ocasiones la desorción también se emplea para determinar la destilación súbita. La transferencia de materia tiene lugar porque la presión parcial del componente gaseoso en la fase líquida es menor que la presión que tendría una disolución en fase líquida con ese gas. Esto se basa en la ley de Henry que nos indica la máxima solubilidad de un gas en líquido. La absorción puede ser: física o química. La absorción física usa la ventaja de la diferencia de solubilidad de los componentes gaseosos para removerlos entre las fases gas y liquido. La absorción química requiere que el gas a ser removido reaccione con un componente en el liquido y permanezca en el. La absorción química involucra reacciones químicas reversibles e irreversibles; las reacciones reversibles hacen posible reciclar el líquido solvente. La mezcla gaseosa consiste casi siempre de un gas inerte y el soluto. El líquido es también casi inmiscible. Un ejemplo es la absorción en agua del soluto amoniaco de una mezcla de aire-amoniaco. Posteriormente, el soluto se recupera de la solución mediante destilación. En el proceso inverso de la desorcion o empobrecimiento, se usan los mismos principios y ecuaciones. Otro ejemplo es la absorción de SO2 de gases de combustión en soluciones alcalinas. En la hidrogenación de aceites comestibles en la industria alimentaría, se hace burbujear hidrogeno gaseoso en el aceite para absorberlo en el mismo; entonces, el hidrogeno en solución reacciona con el aceite en presencia de un catalizador. Estas operaciones se pueden llevar a cabo en columnas de platos y de relleno y también en torres de pulverización, que son columnas vacías en las que el líquido entra a presión por un sistema de ducha, circulando al gas en sentido contrario. La absorción se emplea en la industria para la eliminación de gases ácidos (CO2, SO2) en corrientes gaseosas, mediante distintas corrientes líquidas (agua, disolución de sosa, aminas).

El propósito principal de la operación de absorción es producir una solución específica, el disolvente es especificado por la naturaleza del producto. Si el propósito principal es eliminar algún componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de elección. Por supuesto, el agua es el disolvente más barato y más completo, pero debe darse considerable importancia a las siguientes propiedades: .

c c: La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con frecuencia, la reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a utilizar, la reacción debe ser reversible.

±c c El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el dis olvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente. ! Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean costosas, y debe obtenerse fácilmente. ± c Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorción, mejores características en la inundación de las torres de absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de transferencia de calor. " # Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto bajo de conge lamiento.

$%&c c Normalmente, las operaciones de absorción, desabsorción y rectificación se realizan en las denominadas torres o columnas, que son recipientes cilíndricos esbeltos, en posición vertical y en cuyo interio r se incluyen dispositivos como bandejas o lechos de relleno. Generalmente, el gas y el líquido fluyen en contracorriente por el interior de la torre, cuyos dispositivos promueven el o entre las fases y el desarrollo de la superficie interfacial a través de la cual se producirá la transferencia de materia. El diseño de columnas de platos para operaciones de absorción o deserción se basa en muchos de los principios utilizados en los cálculos de operaciones de rectificación, tales como la determinación del número de platos teóricos necesario para conseguir un cambio de composición especificado. Estas columnas pueden resultar económicamente preferibles para operaciones en gran escala, pueden presentar mejor ͞relación de flujo descendente͟ y están menos s ujetas a ensuciamiento por sólidos que las columnas de relleno. Los aparatos o equipos empleados en estas técnicas son columnas en las que no se requiere caldera y tampoco hace falta colocar ningún refrigerante. Dos tipos: - Columnas de relleno. - Columnas de platos. Se diferencian de las anteriores en que se colocan dispositivos para facilitar el o entre las fases. Se colocan en la parte superior torres de pulverización. También se hace pasar el líquido a presión por la parte superior. El gas se introduce por la parte inferior y se dice que líquido y gas van a contracorriente. También hay unos

absorbedores especiales, los centrífugos, en los que se aplica una energía cinética adicional por rotación al líquido. "%cc c' ( Las torres empacadas, o torres de relleno, se usan para el o continuo a contracorriente de un gas y un liquido en la absorción y también para el o de un vapor y un liquido en la destilación. Para el o continuo del líquido y del gas tanto en el flujo a contracorriente como a corriente paralela, son columnas verticales que se han llenado con empaque o con dispositivos de superficie grande. El líquido se distribuye sobre éstos y escurre hacia abajo, a través del lecho empacado, de tal forma que expone una gran superficie al o con el gas. Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para torres y hoy en día existen varias clases comunes. Estos empaques y otros rellenos comunes se pueden obtener comercialmente en tamaños de 3mm hasta unos 75mm. La mayoría de los empaques para torres están construidos con materiales inertes y económicos tales como arcilla, porcelana o grafito. La característica de un buen empaque es la de tener una gran proporción de espacios vacíos entre el orden del 60 y el 90%. El relleno permite que volúmenes relativamente grandes del líquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a través de las aberturas, con caídas de presión del gas relativamente bajas. En los procesos de separación vapor-liquido de la destilación se utilizan estos mismos tipos de empaques. En una torre empacada con cierto tipo y tamaño de relleno y con un flujo conocido de líquido, existe un límite máximo para la velocidad del flujo de gas, llamado velocidad de inundaciones. La torre no puede operar con una velocidad de gas superior a esta. A velocidades gaseosas bajas, el líquido fluye hacia abajo a través del empaque casi sin influencia por el flujo ascendente de gas. A medida que se aumenta el gasto de gas (cuando se trata de velocidades bajas), la caída de presión es proporcional al gasto a la potencia 1.8. al llegar al gasto de gas llamado punto de carga, este comienza a impedir el flujo descendente de liquido y al mismo tiempo aparecen acumulaciones o piscinas localizadas en el empaque. La caída de presión del gas comienza a incrementarse a velocidades cada vez mayores; a medida que el gasto del gas aumenta, la acumulación o retención de líquido también aumenta. En el punto de inundación el líquido ya no puede seguir fluyendo a través del empaque y sale expulsado con el gas. En la operación real de una torre, la velocidad del gas se mantiene por debajo del punto de inundación. Entonces la velocidad gaseosa económica óptima se aproxima a la mitad de la velocidad de inundación. Esta velocidad depende de un balance económico entre el costo de la energía y los costos fijos del equipo. En algunas referencias se analizan métodos detallados de diseño para predecir la caída de presión en diversos tipos de empaques. Estructura de una columna de relleno, y tipos de relleno

"c %c Las columnas de platos utilizadas para producir el o líquido-gas se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de flujo en sus dispositivos internos de o: 1.? Platos con flujo cruzado. 2.? Platos con flujo en contracorriente. El plato con flujo cruzado (fig.1a) utiliza un conducto descendente o bajante de descarga del líquido y se suele emplear más que el de flujo en contracorriente (fig.1b) porque presenta como ventajas mayor eficacia en la transferencia y un intervalo de condiciones de operación más amplio. El patrón de flujo del líquido en un plato con flujo cruzado se puede controlar colocando bajantes para lograr la estabilidad deseada y la eficacia de la transferencia. % )*+*, La mayoría de los platos de flujo cruzado utilizan perforaciones para la dispersión del gas en el líquido. Estas perforaciones pueden ser simples orificios circulares, o pueden disponer de ͞válvulas móviles͟ que configuran orificios variables de forma no circular. Estos platos perforados se denominan platos de malla (fig.2) o platos de válvula (fig.3). En los primeros, debe evitarse que el líquido fluya a través de las perforaciones aprovechando para ello la acción del gas; cuando el flujo de gas es lento, es posible

que parte o todo el líquido drene a través de las perforaciones y se salte porciones importantes de la zona de o. El plato de válvula esta diseñado para minimizar este drenaje, o goteo, ya que la válvula tiende a cerrarse a medida que el flujo de gas se hace más lento, por lo que el área total del orificio varía para mantener el balance de presión dinámica a través del plato. % En estos, el líquido y el gas fluyen a través de las mismas aberturas. Por ello, no disponen de bajantes. Las aberturas suelen ser simples perforaciones circulares de diámetro comprendido de entre 3 y 13 mm (1/4 a _ pulgadas) (p o de flujo doble) o hendiduras largas de anchura entre 6 y 13 mm (1/4 a 1/2 pulgadas) (bandeja Turbogrid). El material del plato puede plegarse o ͞corrugarse͟ (bandeja Ripple) para separar parcialmente los flujos de gas y líquido. En general, el gas y el líquido fluyen en forma pulsante, alternándose en el paso a través de cada abertura. Para el o de gases con líquidos que contienen sólidos se utiliza frecuentemente el denominado plato deflector o ͞placa de dispersión͟ (fig. 4). Normalmente tiene forma de media luna y una ligera inclinación en el sentido de flujo del líquido. El gas se pone en o con el líquido que se derrama del plato y cae al interior, pudiéndose utilizar en el borde del plato una esclusa o rebosadero, que puede llevar filo dentado, para mejorar la distribución del líquido descendente. En el plato deflector, el líquido actúa como fase dispersa y el gas como fase continua; se utiliza principalmente en aplicaciones con transferencia de calor. %c

- c c"c %c j? Öayor eficiencia de separación. j? Öanejan mayores caudales de líquido y gas. j? Öayor costo de mantenimiento debido al relleno. j? Se usan con ácidos y otros materiales corrosivos. j? Son más cortas. %c j? Öenor caída de presión del sistema. j? Öenor obstrucción y ensuciamiento. j? Öenor coste de instalación y operación. j? Öenor potencia de bomba y ventilador. j? Soportan mayores fluctuaciones de Tª. j? ccc ±c% Es una técnica que sirve fundamentalmente para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. Esta método es un buen sustituto de la destilación al vacio, y tiene algunas ventajas, ya qu e la destilación se realiza a temperaturas bajas. El comportamiento de la destilación de un sistema de dos fases inmiscibles, donde cada liquido ejerce su propia presión de vapor y la suma de ambas es de la presión de operación, y son independientes de las cantidades relativas de la mezcla. Estos hechos constituyen la base para la purificación de sustancias por el arrastre de una corriente de vapor. Existen varios compuestos orgánicos de punto de ebullición relativamente alto que con agua co-destilan en una cantidad en peso lo suficientemente grande para ser destilados con cierta rapidez por debajo del punto de ebullición del agua. Esto se debe a sus pesos moleculares relativamente elevados comparados con las del agua. Estos líquidos * en todas las proporciones. En el caso límite, es decir, si los dos líquidos son totalmente insolubles el uno en el otro, la tensión de vapor de cada uno de ellos no estaría afectada por la presencia del otro. A la temperatura de ebullición de una mezcla de esta clase l * * * * . ' ). (, puesto que suponemos que la mezcla está hirviendo .

Equipo utilizado a nivel Laboratorio:

Figura1 . Destilador por arrastre de vapor con columna de fraccionamiento Figura 2. Destilador de Cash con arrastre de vapor Figura 3. Destilador de Öarkham con arrastre de vapor



c%c! c cc" cc La absorción es una operación unitaria muy utilizada en las industrias se puede observar en la elaboración de bebidas carbonatadas, azúcar blanco, vinos, agua pura envasada, bebidas refrescante. c%c! c c

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Separación y purificación de corrientes de gases. Eliminación de corrientes inorgánicos en solubles en agua en corrientes de aire. Como dispositivos de recuperación de productos valiosos. Eliminación de impurezas en productos de reacción.

cc cc c La carbonatacion consiste en disolver CO2 en la bebida, en algunos casos específicos se pueden emplear también otros gases; actualmente en el mercado existen agua mineral enriquecida con O2 o una bebida de café con N2O (gas hilarante). La cantidad de CO2 varía según el tipo de bebida y puede ser de unos 4,2 g/l en aguas minerales hasta 14g/l por ejemplo vinos espumosos. A través de un sistema inyector se agrega CO2 a la bebida mezclada dentro del tanque de carbonatacion. Dentro de este recipiente bajo presión el CO2 permanece en estado disuelto. Para lograr un rendimiento optimo de la llenadota, la bebida debe ser alimentada a la llenadota en posible sin burbujas. El CO2 es agregado al producto terminado a través de una válvula reguladora y medido por un flujometro masico de alta precisión. El inyector de CO2 esta conectado a una tubería de circulación de forma que el líquido circula constantemente por el inyector. La dosificación del CO2 solo esta abierta cuando el producto entra en el tanque pulmón. & El ozono se ha utilizado de una forma comercial principalmente para el tratamiento del agua; también se utiliza para acelerar la maduración de la sidra y el vino. / c&- El dióxido de azufre se utiliza ampliamente para controlar el crecimiento de microorganismos indeseables de frutas trituradas, jugos de frutas, vinos, salchichas, camarones frescos, escabeches ácidos y durante la extracción de almidones. El SO2 se usa para los jugos de frutas en general y en los procesos de extracción de almidón con el fin de evitar la fermentación durante el proceso o almacenamiento. c&c cc Se realiza la operación de sulfatado para eliminar los pigmentos mediante el agregado de dióxido de azufre.

± c La operación de sulfatado consiste en la adición de dióxido de azufre (SO2). El SO2 inhibe el crecimiento de levaduras y bacterias. Así se evita que la fermentación se produzca de forma tumultuosa o incontrolada. La presencia de ácidos volátiles en el vino es el resultado de diferentes reacciones metabólicas que tienen lugar durante la fermentación alcohólica y la maloláctica. Por ello, como resultado de estas reacciones en una fermentación correcta, podemos esperar una concentración global de estos ácidos de 0,2-0,6 g/L expresada en ácido acético. La obtención de valores superiores puede indicar la presencia de alteraciones bacterianas, siendo la más importante el picado acético fruto de la oxidación del etanol a ácido acético. El control de los ácidos volátiles del vino, que constituyen la llamada acidez volátil del vino, es de gran importancia ya que es un indicador del estado de salud de un vino y un reflejo de las alteraciones sufridas y permite prever las dificultades para su conservación (4). Para evitar la comercialización de vinos alterados, la Organización Internacional de la Viña y el Vino (OIV) ha recomendado una acidez volátil máxima de 20 meq/L (5), que corresponden a 1,2 g/L expresados en ácido acético

c c ± &c Una vez filtrada la cerveza, viene el proceso de carbonatacion que consiste en una inyección de gas carbónico cuyo contenido es el necesario para que la cerveza produzca una buena formación de espuma. La cerveza saliente de los filtros y carbonatada, se recibe en los tanques de almacenamiento.

c c! c - c La adición de CO2 a las bebidas refrescantes y de aguas minerales hasta niveles de 3-5 atmósferas de CO2 destruye o inhibe bastante el crecimiento de las bacterias patógenas y el de las causantes de alteración. La tasa microbiana de las bebidas carbónicas normalmente disminuye a medida que avanza el tiempo de almacenamiento y, con frecuencia, se alcanza la esterilidad. 0 c c En la industria de los aceites vegetales, la 1 es un proceso químico mediante el cual los aceites se transforman en grasas sólidas mediante la adición de hidrógeno a altas presiones y temperaturas, y en presencia de un catalizador. Se trata de una reacción química de hidrogenación. El hidrógeno, gracias a la acción de un catalizador, satura los enlaces insaturados del aceite, aumentando de esta forma su punto de fusión. La reacción tiene lugar a velocidades apreciables a partir de los 110 ºC aproximadamente. La presión total, la concentración y la mayor cantidad de catalizador ayudan a que la velocidad de reacción sea alta.

El mecanismo de reacción implica varias etapas. El hidrógeno gas disuelto en el aceite, es adsorbido en el catalizador metálico (níquel, platino, paladio...), separándose sus dos átomos. Estos átomos reaccionan con los dobles o triples enlaces del aceite, adicionándose al mismo y produciendo un compuesto intermedio, en el cual el doble o triple enlace puede rotar sobre sí mismo. El compuesto intermedio es inestable y rápidamente capta un segundo átomo de hidrógeno, por lo que el enlace insaturado se satura, o cede de nuevo el átomo, produciéndose a veces la isomerización de los enlaces cis, que es la configuración de los dobles enlaces en las grasas naturales, a trans. La 1 de aceites en la industria alimentaria tiene los siguientes objetivos: Aumentar el punto de fusión del producto final, transformando aceites en grasas. j? Aumentar la estabilidad oxidativa del producto final, eliminando los ácidos linoléico y linolénico, principales responsables del deterioro del producto por oxidación.

j?

Temperatura. La reacción se puede llevar a cabo a partir de 110 ºC. La exotermicidad de la reacción hace aumentar la temperatura del aceite, que no debe superar en ningún caso los 210 ºC, puesto que a partir de esas temperaturas se forman compuestos nocivos e indeseables, cómo hidrocarburos aromáticos policíclicos. Es por ello que se debe refrigerar el aceite, siendo este el factor limitante de la velocidad de reacción, que debe mantenerse en unas 2 unidades de IV por minuto. Presión, El aumento de la presión hace subir la velocidad de reacción. Se trabaja a las presiones más altas que sean viables económicamente, usualmente en torno a 5 bar. Catalizador, Normalmente se utiliza níquel soportado en una base de sílice. Es un catalizador poroso, el cual se adquiere recubierto en grasa para su protección. El catalizador suele tener un 20% en peso de Ni, utilizándose una dosificación en torno al 0,1% en peso. La reacción de hidrogenación se lleva a cabo en autoclaves a presión y agitados. Normalmenente se usan procesos por cargas (lotes) en lugar de procesos contínuos, puesto que eso beneficia la versatilidad de la instalación.

-c" c 2 El refinado produce un aceite comestible con las características deseadas por los consumidores, como sabor y olor suaves, aspecto limpio, color claro, estabilidad frente a la oxidación e idoneidad para freír. Los dos principales sistemas de refinado son el refinado alcalino y el refinado físico (arrastre de vapor, neutralización destilativa), que se emplean para extraer los ácidos grasos libres. El método clásico de refinado alcalino comprende normalmente las siguientes etapas:

1?



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2?

c e ees c es e c s c eses s s es ses e es

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e se ev c j s es es 2-6 es y eev s e e s 180-220 °