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5/23/2018 Expo Monografia

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4.1 ABSORCIN

La absorcin es una operacin unitaria de transferencia de materia que consiste en poner un gas en contacto con un lquido para

que ste disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos. (Marcilla, 1998).

Este proceso implica una difusin molecular turbulenta o una transferencia de masa del soluto A a travs del gas B, que no se

difunde y est en reposo, hacia un lquido C, tambin en reposo. Un ejemplo es la absorcin de amoniaco A del aire B por medio

de agua lquida C. En general, la solucin amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro.

(Geankoplis, 1998)

La absorcin puede ser fsica o qumica, segn que el gas se disuelva en el lquido absorbente o reaccione con l dando un

nuevo compuesto qumico (Gomis, 1998). Por ejemplo el dixido de carbono de una mezcla de gases puede eliminarse haciendo

pasar la mezcla de gas a travs de agua, en la que el anhdrido carbnico se disuelve, obtenindose agua carbnica. Sin

embargo, existen otros casos en los que adems de la disolucin del gas o gases en el disolvente, tiene lugar una reaccin

qumica que influye sobre la velocidad de absorcin, aunque en general sta no es la etapa controlante. Ejemplos de la

absorcin con reaccin qumica son la eliminacin de dixido sulfuroso mediante absorcin del mismo en agua, o bien la

absorcin de dixido de carbono en una solucin de hidrxido sdico. (Ibarz y Barbosa, 2005)

Segn Ibarz y Barbosa (2005) la operacin contraria, en la que el soluto pasa a la fase liquida a la gaseosa, se la denominadesorcin (stripping). Suele llamarse tambin desabsorcin En ella un gas disuelto en un lquido es arrastrado por un gas inerte

siendo eliminado del lquido. (Marcilla, 1998).

En la industria alimentaria suelen utilizarse procesos de desorcin cuando se desea eliminar los hidrocarburos presentes en

aceites que han sido obtenidos por extraccin con disolventes. (Ibarz y Barbosa, 2005)

Como aplicaciones de la absorcin pueden citarse la eliminacin de gases cidos (H2S, CO2, SO2) de los gases de chimenea

mediante distintas corrientes (agua a presin, solucin de NaOH, o soluciones de etanolaminas), la separacin de hidrocarburos

aromticos (benceno, tolueno y xileno) de los gases de coquera mediante aceites minerales, el secado del cloro mediante la

absorcin del agua con cido sulfrico concentrado.

Figura 1: Sistema de eliminacin de H2S de un gas por absorcin cpn reaccin qumica con solucin de

Monoetanolamina ( M.E.A) y posterior desabsorcin con vapor.

La Figura 1 presenta un sistema tpico de absorcin-desabsorcin: un gas con H2S se trata con monoetanolamina (M.E.A.) fra,

con la que el H2S reacciona dando el bisulfuro de amina (absorcin con reaccin qumica). La reaccin es reversible, por lo que

en una columna de desabsorcin anexa, el vapor de agua hace que la reaccin vaya en sentido contrario, desabsorbindose el

H2S. La monoetanolamina caliente se recircula a la columna de absorcin, enfrindose la corriente de amina con la corriente del

sulfuro de amina en el intercambiador de calor central.


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En la hidrogenacin de aceites comestibles en la industria alimenticia, se hace burbujear hidrgeno gaseoso en el aceite para

absorberlo en el mismo; entonces, el hidrgeno en solucin reacciona con el aceite en presencia de un catalizador.

Para la desorcin se aplican las mismas teoras y principios bsicos. Un ejemplo es Ia desorcin con vapor de aceites no

voltiles, en la cual el vapor se pone en contacto con el aceite y pequeas cantidades de componentes voltiles del mismo pasan

a la corriente de vapor.

Cuando el gas es aire puro y el lquido es agua pura, el proceso se llama humidificacin La deshumidificacin significa

extraccin de vapor de agua del aire. (Marcilla, 1998).

4.2 OBJETIVOS DE LA ABSORCIN

Recuperar un componente gaseoso deseado.

Eliminar un componente gaseoso no deseado. Se puede tratar, por ejemplo, de la eliminacin de una sustancia nociva

de una corriente de gases residuales.

Obtencin de un lquido; un ejemplo sera la produccin de cido clorhdrico por absorcin de HCl gaseoso en agua.

En la absorcin participan por lo menos tres sustancias: el componente gaseoso a separar (absorbato), el gas portador y el

disolvente (absorbente).

Hay que distinguir entre los procesos de adsorcin y absorcin. La absorcin es un proceso por el cual un material (absorbente)

es retenido por otro (absorbato); puede ser la disolucin de un gas o lquido en un lquido o slido; o en la retencin mediante

fuerzas fsicas de las molculas de un gas, lquido o sustancia disuelta a la superficie o a la masa de un slido.

4.3 EQUILIBRIO LIQUIDO-GAS

El principio en el que se fundamentan los procesos de absorcin y desorcin es la diferencia de concentracin que existe entre

las fases, del componente que se transfiere, respecto de la de equilibrio. Cuanto ms alejado se est de las condiciones deequilibrio mayor es la transferencia de materia entre las fases.

Fig. 2 Diagrama P-C de equilibrio en absorcin

Se supone una mezcla de gases en la que uno de sus componentes es soluble en un lquido. Para una presin y temperatura

determinadas, al poner en contacto la mezcla de gases de dicho lquido, el componente se disuelve en el lquido hasta que se

llega a un punto en que no existe transferencia neta del componente, este punto determina el equilibrio para las condiciones

fijadas. Si se varan las condiciones de concentracin del componente en el lquido, se obtienen nuevas condiciones de

equilibrio. De igual forma, la presin parcial del componente Pi en fase gas es funcin de la concentracin del mismo

componente en fase liquida Ci. La curva resultante de representar Pi frente a Ci es la curva de equilibrio a la temperatura fijada.

El punto A representa las condiciones de un componente i que se desea recuperar por absorcin. Su presin parcial en fase gas

es superior a la del equilibrio (Pe), con lo que parte del componente pasa a la fase del disolvente, es decir, es absorbido. En un

sistema cerrado , o si se trabaja en columnas con corrientes paralelas, la presin parcial ir disminuyendo, mientras que la


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concentracin del soluto ira aumentando en el disolvente, hasta que llega a un punto de la curva de equilibrio, en donde cesa

transferencia de materia de la fase gaseosa a la liquida.

Todo punto por encima de la curva de equilibrio presenta un sistema en el que se realiza la transferencia de soluto desde la fase

gaseosa a la liquida, o lo que es lo mismo se produce una absorcin. Por contar, cuando las condiciones de un sistema

cualquiera vengan representadas por un punto que se halle por debajo de la curva de equilibrio (punto B), el sistema evoluciona

de tal forma que el componente se transfiere desde el seno de la fase liquida hacia la gaseosa; es decir, se produce una

desorcin. (Ibarz y Barbosa, 2005)

Los datos de equilibrio que se requieren para clculos de absorcin incluyen la solubilidad del soluto gaseoso en el disolvente. Al

dar la solubilidad del soluto es necesario dar tambin la temperatura, la concentracin del gas en el disolvente, la presin del

soluto en la fase gaseosa, y la presin total. Cundo la presin total es baja no tiene mucha influencia en los datos de equilibrio;

sin embargo para presiones elevadas puede tener un notable efecto sobre la solubilidad del gas. (Ibarz y Barbosa, 2005)

La curva de equilibrio de cualquier sistema depende de las condiciones de presin y temperatura, adems de las condiciones de

la naturaleza del sistema mismo. De estas variables, la temperatura es la que ejerce una mayor influencia en la solubilidad de un

gas en un lquido. Generalmente, si se aumenta la temperatura, la solubilidad del gas en el liquido disminuye, de acuerdo con la

ley de Vant Hoff. Por tanto, para un sistema determinado, la curva de equi librio ser distinta dependiendo de la temperatura, de

tal modo que la curva que se obtiene a temperatura superior est por encima de la de menor temperatura. (Ibarz y Barbosa,

2005)

Si las fases liquida y gaseosa se comportan se comportan de forma ideal se cumple la ley de Raoult. En caso que la solucin

liquida no se comporte de forma ideal, no se puede aplicar esta ley; sin embargo, para concentraciones bajas de soluto en el

liquido (soluciones diluidas) se cumple la ley de Henry:

Pi = H Ci

4.4 MECANISMO DE LA ABSORCIN

Se supone una mezcla de gases, en el que uno de los componentes es absorbido por un lquido, tal como se muestra en la figura

3. El lquido desciende sobre la superficie de un slido, mientras que la mezcla gaseosa circula de modo ascendente. La presin

parcial del gas es algo superior a la del lquido con el que est en equilibrio. Si P es la presin parcial del gas, la concentracin

del lquido en equilibrio es Ce. La transferencia de gas tiene lugar desde la fase gaseosa a presin P hasta el seno del lquido

con una concentracin C. El perfil de presiones en la fase gaseosa, y de concentraciones en la liquida, es el mostrado en la

figura 3. A medida que se acerca a la interfase, la presin parcial disminuye hasta Pi, que es la correspondiente a la interfase,

siendo Ci la concentracin en la interfase para la corriente liquida. La concentracin en el seno del lquido disminuye desde Ci

hasta C. La concentracin C del liquido esta en equilibrio con la presin Pe del gas.

Fig. 3 Mecanismo de absorcin


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Para explicar la transferencia de materia entre fases se han propuesto diferentes modelos, aunque la teora de la doble pelcula,

dad por Whitman en 1923, es la ms simple y la que proporciona los conceptos ms claros.

4.5 EQUIPOS UTILIZADOS EN LA ABSORCION

Para la absorcin, pueden utilizarse los mismos tipos de aparatos descritos para destilacin, pues las fases en contacto sern

tambin un lquido y un gas. Se usan normalmente columnas de platos contacto discontinuo o por etapas o de relleno

contacto continuo. Ambas utilizan la fuerza gravitatoria para la circulacin del lquido. Algunos dispositivos emplean medios

mecnicos para facilitar el contacto entre las fases. Las torres de pulverizacin son columnas vacas en las que el lquido entra a

presin por un sistema de ducha, circulando el gas en sentido contrario. Todos estos equipos propician la puesta en contacto de

un gas y un lquido que no estn en equilibrio, realizndose una transferencia de materia entre ambos. La fuerza impulsora

actuante es la diferencia entre la presin parcial en el gas del componente que se transfiere y la presin parcial que tendra el

componente en un gas que estuviera en equilibrio con el lquido del punto considerado. 0 bien, observando el fenmeno en la

fase lquida, la fuerza impulsora es la diferencia entre la concentracin del soluto en el lquido y la concentracin que estara en

equilibrio con el gas del punto considerado.

A. COLUMNA O TORRES DE PLATOS

Para que el contacto entre el lquido y el vapor en la absorcin y en la destilacin sea eficiente, muchas veces se usan torres de

artesas o platos.

Son columnas dentro de las cuales estn instalados platos igualmente espaciados. Los platos poseen perforaciones, a travs de

las cuales pueden ascender los vapores procedentes de los platillos inferiores, lo que posibilita la interaccin gas-lquido.

El equipo para separaciones en mltiple etapa consiste frecuentemente en platos horizontales de contacto entre las fases

dispuestos en una columna vertical. El lquido fluye a travs del plato en flujo cruzado y el vapor asciende a travs del plato. El

lquido que fluye se transfiere de un plato a otro a travs de los tubos de descenso (downcomers). Los procedimientos de

diseo para el dimensionado de columnas comienzan generalmente con una estimacin del dimetro de la torre y del espaciado

entre los platos. Para este dimetro se calculan despus la capacidad, la cada de presin y el intervalo de operacin de acuerdo

con las especificaciones del proceso, y se determinan despus las dimensiones de los accesorios de los platos en funcin del

tipo de plato seleccionado. (Marcilla, 1998).

A.1 Tipos d e platos

Segn sea el diseo del plato, en lo que respecta a la configuracin del orificio y a la existencia o no de tubos bajantes para el

descenso de lquido, las torres de platos se clasifican en:

Platos cribados o perforadosPlatos de vlvulas.

Platos con sombrerete, campana o caperuzas de borboteo (cazoleta o capuchones)

Las caractersticas comunes de los diferentes tipos de platos son el gran contacto entre las fases, la facilidad de limpieza y la

posibilidad de evacuacin del calor, evolucionado en el proceso, con la introduccin de serpentines en el espacio interplatos

1. Plato perforado. En la absorcin de gas y en la destilacin se utiliza esencialmente el mismo tipo de plato perforado.

En ste, el vapor burbujea hacia arriba por los hoyos sencillos del plato a travs del lquido que fluye. Los hoyos tienen

tamaos que fluctan entre los 3 y los 12 mm de dimetro, y es el de 5 mm un tamao comn. El rea de vapor de los

hoyos vara entre el 5 y el 15% del rea del plato. El lquido se conserva sobre la superficie del plato, y no puede fluir denuevo hacia abajo por los hoyos porque se lo impide la energa cintica del gas o vapor. La profundidad del lquido

sobre el plato se mantiene por medio de un vertedero de salida con sobreflujo. El lquido de sobreflujo fluye por la canilla

inferior hacia el siguiente plato, inferior.


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Los platos perforados ms ampliamente utilizados tienen placas con orificios, circulando el lquido con flujo cruzado a

travs del plato. Sin embargo, tambin se utilizan platos de lluvia con flujo en contracorriente y sin tubos de descenso,

en los que el lquido y el vapor fluyen a travs de los mismos orificios. Existen diseos hbridos de platos perforados y

de vlvulas, combinando las ventajas de la baja cada de presin y bajo coste de los platos perforados con el amplio

intervalo de operacin de los platos de vlvula.

Tanto en los platos perforados como en los de vlvula el contacto se produce entre el vapor que asciende a travs de

los orificios y la masa de lquido que se mueve a travs del plato.En la Figura 6 se observa que el lquido baja por el tubo de descenso alcanzando el plato en el punto A. Aunque no se

representa el vertedero de entrada, ste se utiliza frecuentemente para evitar el flujo ascendente de vapor a travs del

tubo de bajada del lquido. En el intervalo comprendido entre

A y B se representa lquido claro de altura hli, debido a que habitualmente no hay orificios en esta parte del plato. Desde

B hasta C es la llamada parte activa, con una elevada aireacin y una altura de espuma hf. La altura de lquido hl en el

manmetro de la derecha puede considerarse como la carga de lquido claro sedimentado de densidad i. La espuma

comienza a colapsar en C, ya que no hay perforaciones desde C hasta D. La altura de lquido a la salida es hlo y el

gradiente hidrulico es (hli - hlo) (que en este caso es prcticamente cero) (gradiente hidrulico es la diferencia de nivel

del lquido necesario para que el lquido fluya a travs del plato).

Los dimetros de los orificios estn generalmente comprendidos entre 0.3 y 1.3 cm, siendo preferidos los ms grandes

cuando existe la posibilidad de ensuciamiento. Un rea grande de orificios contribuye al goteo, mientras que un rea de

orificios pequea aumenta la estabilidad del plato pero incrementa tambin la posibilidad de arrastre e inundacin, as

como la cada de presin. Con frecuencia el tamao de los orificios y su espaciado son diferentes en las distintas

secciones de la columna con el fin de acomodarse a las variaciones de flujo. Otra prctica frecuente es dejar sin

construir algunos orificios con el fin de flexibilizar el posible aumento futuro de la carga de vapor.

Fig. 6 Plato perforado

2. Plato de vlvulas. Una modificacin del plato

perforado es el plato de vlvula que consiste en

aberturas en el plato y una cubierta de vlvulas con

movimiento vertical para cada abertura, que

proporciona un rea abierta variable; sta debe su

variabilidad al flujo de vapor que inhibe la fuga del

lquido por la abertura abajas tasas de vapor. Por lo

tanto, este tipo de plato opera a un intervalo mayor de

tasas de flujo que el plato perforado, con un costo sloun 20% mayor que el del plato perforado. En la

actualidad, el plato de vlvulas se utiliza cada vez ms.

Son platos con orificios de gran dimetro cubiertos por tapaderas mviles que se elevan cuando el flujo de vapor

aumenta. Como el rea para el paso del vapor vara en funcin de la velocidad del flujo, los platos de vlvula pueden

operar eficazmente a velocidades bajas de vapor (las vlvulas se cierran). En la Figura 7 se muestran algunas vlvulas

tpicas. Los detalles que las diferencian residen en la cada de presin que originan, el tipo de contacto vapor-lquido

que facilitan, la calidad del cierre al paso del lquido que proporcionan.


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Fig. 7 Vlvulas representativas

3. Plato de capuchones.Los platos de capuchones, como el de la figura 10.6-lb, se han usado por mas de 100 tios, pero

desde 1950 generalmente se les remplaza por platos perforados o de vlvula, ya que su costo es casi el doble que el de

los platos perforados. En el plato de capuchones, el vapor o gas se eleva a travs de las aberturas del plato hacia el

interior de los capuchones. Despus el gas fluye por las ranuras & la periferia de cada tapa y las burbujas fluyen hacia

arriba por el lquido que fluye. Los detalles y los procedimientos de disefio de muchos de stos y otros tipos de platos se

dan en otras obras (B2, Pl, Tl). Los diferentes tipos de eficiencias de los platos se analizan en la seccin 11.5.

Fig 8. Dispositivos paraplatos de contacto

Una caperuza de borboteo consta de un tubo ascendente sujeto al plato mediante soldadura, tornillos, etc., y una

caperuza sujeta al tubo ascendente o al plato. Aunque la mayor parte de las caperuzas tienen ranuras (de 0.30 a 0.95

cm de ancho y 1.3 a 3.81 cm de longitud), algunas no las presentan, saliendo el vapor de la caperuza por debajo del

reborde inferior que est a una distancia inferior a 3.81 cm del plato. El tamao de las caperuzas comerciales est

comprendido entre 2.54 y 15 cm de dimetro.

Generalmente estn dispuestas sobre el plato en los vrtices de tringulos equilteros formando filas orientadas en

direccin perpendicular al flujo.

Con estos datos se quiere poner de manifiesto el hecho de que a la hora de disear cualquier dispositivo, nada se deja

al azar sino que todo detalle es el resultado de estudios tericos y experimentales conducentes al buen funcionamiento

del equipo. La Figura 9 muestra algunas caperuzas de borboteo tpicas. Los detalles que las diferencian residen en el

modo en que se dispersa el vapor o el camino que sigue el lquido.

Las nicas ventajas de los platos de caperuzas de borboteo son:

a) no permiten el goteo si estn adecuadamente unidos a la torre

b) hay una gran abundancia de material publicado y de experiencia de los usuarios.

Las desventajas son:


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a) generan elevadas cadas de presin

b) las eficacias de etapa son de un 10 - 20 % inferiores que en platos perforados o de vlvula

c) estos platos son ms caros que los platos perforados y que los de vlvula.

B. TORRES EMPACADAS O COLUMNAS DE RELLENO

Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un lquido en la absorcin y tambin para

el contacto de un vapor y un lquido en la destilacin. La torre de la figura 11 consiste en una columna cilndrica que contiene una

entrada de gas y un espacio de distribucin en el fondo, una entrada de lquido y un dispositivo de distribucin en la parte

superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de lquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra

en el espacio de distribucin que est debajo de la seccin empacada y se va elevando a travs de las aberturas o intersticios

del relleno, as se pone en contacto con el lquido descendente que fluye a travs de las mismas aberturas. El empaque

proporciona una extensa rea de contacto ntimo entre el gas y el lquido.

Fig. 11 Flujos y caractersticas de absorcin para torres empacadas

Se han desarrollado muchos tipos diferentes de rellenos para torres y hoy en da existen varias clases comunes. En la figura 12

se muestran los tipos de empaque ms usuales, que simplemente se introducen en la torre sin ningn orden.


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Fig. 12 Empaques de torres tpicos

Estos empaques y otros rellenos

comunes se pueden obtener

comercialmente en tarnafos de 3 mmhasta unos 75 mm. La mayora de los

empaques para torres estn construidos con materiales inertes y econmicos tales como arcilla, porcelana o grafito. La

caracterstica de un buen empaque es la de tener una gran proporcin de espacios vacos entre el orden del 60 y el 90%. El

relleno permite que volmenes relativamente grandes del lquido pasen a contracorriente con respecto al gas que fluye a travs

de las aberturas, con cadas de presin del gas relativamente bajas.

En los procesos de separacin vapor-lquido de la destilacin se utilizan estos mismos tipos de empaques.

Tambin se usan rellenos de formas geomtricas que se pueden apilar y con tamaos de aproximadamente 75 mm. El relleno se

apila verticalmente, y se forman canales abiertos que corren de manera ininterrumpida a travs del lecho del empaque. Laventaja de una menor cada de presin del gas queda cancelada en parte, por el menor contacto gas-lquido que se obtiene en

los rellenos apilados.

Entre los empaques apilados tpicos estn las rejillas de madera, las de punto de goteo, los anillos espirales de particin, y otros.

En una torre empacada con cierto tipo y tamao de relleno y con un flujo conocido de lquido, existe un lmite mximo para la

velocidad del flujo de gas, llamado velocidad de inundacin. La torre no puede operar con una velocidad de gas superior a sta.

A velocidades gaseosas bajas, el lquido fluye hacia abajo a travs 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 cada de presin es proporcional al

gasto a la potencia 1.8. Al llegar al gasto de gas llamado punto de carga, ste comienza a impedir el flujo descendente de lquido

y al mismo tiempo aparecen acumulaciones o piscinas localizadas en el empaque. La cada de presin del gas comienza a

incrementarse a velocidades cada vez mayores; a medida que el gasto del gas aumenta, la acumulacin o retencin de lquido

tambin aumenta. En el punto de inundacin el lquido ya no puede seguir fluyendo a travs del empaque y sale expulsado con

el gas.

En la operacin real de una torre, la velocidad del gas se mantiene por debajo del punto de inundacin. Entonces la velocidad

gaseosa econmica ptima se aproxima a la mitad de la velocidad de inundacin. Esta velocidad depende de un balance

econmico entre el costo de la energa y los costos fijos del equipo (S 1). En algunas referencias (Pl, Ll, Tl) se analizan mtodos

detallados de diseo para predecir la cada de presin en diversos tipos de empaques.

El diseo de una columna de relleno supone las siguientes etapas:

1. Seleccionar el tipo y el tamao del relleno.

2. Determinar el dimetro de la columna (capacidad) necesario en funcin de los flujos de lquido y vapor.

3. Determinar la altura de la columna que se necesita para llevar a cabo la separacin especfica.

4. Seleccionar y disear los dispositivos interiores de la columna: distribuidor del lquido de alimentacin, redistribuidores

de lquido, platos de soporte y de inyeccin del gas y platos de sujecin.

B .1 Tipos de rel leno

Los principales requisitos que debe cumplir el relleno de una columna son:

a) Proporcionar una gran rea superficial: rea interfacial alta entre el gas y el lquido.


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b) Tener una estructura abierta: baja resistencia al flujo de gas.

c) Facilitar la distribucin uniforme del lquido sobre su superficie.

d) Facilitar el paso uniforme del vapor a travs de toda la seccin de la columna.

Para satisfacer estos requerimientos se han desarrollado distintos tipos de relleno. Se pueden dividir en dos grupos: relleno

ordenado (dispuesto de una forma regular dentro de la columna) y relleno al azar.

Los primeros (rejas, mallas, rellenos ordenados ... ) tienen una estructura abierta, y se usan para velocidades de gas elevadas

donde se necesita una prdida de presin baja (por ejemplo en las torres de enfriamiento). La interfase vapor-lquido es

estacionaria y depende fundamentalmente del mojado de la superficie y la capilaridad. Por tanto, es de esperar que haya buena

eficacia an para flujos de lquido bajos.

En la Figura 13 se muestran los principales tipos de rellenos comerciales.

Cada uno de estos tipos tiene sus caractersticas de diseo-tamao, densidad, rea superficial, factor de relleno (constante

determinada experimentalmente, relacionada con el cociente entre el rea del relleno y el cubo de la fraccin hueca del lecho,

que se utiliza para predecir la cada de presin y la inundacin del lecho en funcin de las velocidades de flujo y de las

propiedades de los fluidos),... Estas propiedades se pueden encontrar tabuladas en distintos manuales. Por ejemplo la

Fig. 13. Diversos tipos de rellenos comerciales comunes.

Los anillos Raschig son el tipo de relleno ms antiguo (data de 1915) y todava estn en uso. Los anillos Pall son esencialmente

anillos Raschig en los que se ha aumentado la superficie de contacto, con lo que se mejora la distribucin del lquido. Las sillas

Berl fueron desarrolladas para mejorar la distribucin del lquido comparada con los anillos Raschig. Las sillas Intalox pueden

considerarse como una mejora de las Berl, ya que por su forma es ms fcil de fabricar. Para construir estos rellenos se utilizan

diversos materiales: cermica, metales, plsticos y carbono. Los anillos de metal y plstico son ms eficaces que los de cermica

puesto que sus paredes pueden ser ms finas.

La eleccin del material depender de la naturaleza del fluido y la temperatura de operacin: el empaquetado cermico es tilpara lquidos corrosivos pero no para disoluciones fuertemente alcalinas. El plstico es atacado por algunos disolventes

orgnicos y slo debe usarse cuando no se sobrepasan temperaturas moderadas (por ejemplo no son tiles en columnas de

rectificacin). Tanto el relleno metlico como especialmente el cermico se pueden romper fcilmente.

En general, el mayor tamao de relleno aceptable en una columna es de 50 mm. Los tamaos ms pequeos son ms caros que

los mayores, pero por encima de 50 mm la eficacia en la transferencia de materia disminuye considerablemente. El uso de

partculas de relleno demasiado grandes puede causar una distribucin pobre del lquido.

B .2 Dispositivos interiores de torres de relleno:

1. Distribuidor de lquido de alimentacin. El relleno, por s solo, no conduce a una adecuada distribucin del lquido de

alimentacin. Un distribuidor ideal tendra las siguientes caractersticas:

a) Distribucin uniforme del lquido.


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b) Resistencia a la oclusin y ensuciamiento.

c) Elevada flexibilidad de operacin (mximo intervalo entre

los caudales mximo y mnimo con los que puede operar).

d) Elevada rea libre para el flujo de gas.

e) Adaptabilidad a la fabricacin con numerosos materiales de

construccin.

f) Construccin modular para una mayor flexibilidad de instalacin.

Fig 14. Distribuidores de liquido de alimentacin a) tipo orificio b) tipo vertedero c) tipo vertedero-canal

Los dos distribuidores ms ampliamente utilizados son los de orificios y los de tipo vertedero (Figura 14). En los de tipo

vertedero se utilizan tubos verticales con vertederos en forma de V para la bajada del lquido, lo que permite un mayor

flujo al aumentar la carga de altura. En los de tipo orificio, el lquido desciende a travs de los orificios y el gas asciende

por unos tubos. Las conducciones del gas deben tener un rea tal que la prdida de carga al circular el gas sea

pequea, los orificios deben ser lo suficientemente pequeos para asegurar que hay un nivel de lquido sobre el plato

an a la menor velocidad de lquido, pero lo suficientemente grandes para que el distribuidor no se sature a la velocidad

mayor. Los distribuidores de tipo vertedero-canal son ms caros pero ms verstiles (Figura14). El lquido se distribuye

proporcionalmente a travs de una o ms bandejas de particin y despus pasa a los canales con vertederos.

2. Redistribuidores de lquido. Son necesarios para recoger el lquido que baja por las paredes, o que ha coalescido en

alguna zona de la columna, y redistribuirlo despus para establecer un modelo uniforme de irrigacin. Los criterios de

diseo son similares a los de un distribuidor del lquido de alimentacin.

En la Figura 15 se muestra un distribuidor tipo Rosette que va soldado a la pared de la columna y un redistribuidor que

efecta una recoleccin total del lquido antes de su redistribucin.

La altura mxima de lecho que puede existir sin redistribuidor de lquidos depende del tipo de relleno y del proceso.

As, la destilacin es menos susceptible a una mala distribucin que la absorcin. Como orientacin, se puede

considerar que la mxima altura de lecho sin redistribuidor no debe exceder de 3 veces el valor del dimetro de la

columna cuando el relleno es de anillos Raschig, y de 8 a 10 veces si el relleno es de anillos Pall y sillas. En las

columnas de dimetro grande, la altura del lecho estar limitada por el mximo peso de relleno que pueda soportar el

plato de soporte de relleno y las paredes de la columna (alrededor de 8 m).


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Fig. 15 Redistribuidores de liquido a) Tipo Resorte b)Tipo metlico

3. Platos de soporte y de inyeccin del gas.Adems de soportar el peso del relleno, los platos de soporte deben de

estar diseados para permitir un flujo relativamente no restringido del lquido y del gas. Con los tipos de platos que se

muestran en la Figura 16, el lquido desciende a travs de las aberturas hacia el fondo y el gas asciende a travs de la

seccin superior.

Fig. 16 Plato de soporte e inyectores de gas. a) Tipo rejilla. b)Tipo tubo perforado

4. Platos de sujecin (limitadores de lecho). Los platos de sujecin se colocan en la parte superior del relleno para

evitar el desplazamiento, la dispersin o la expansin del lecho a causa de elevadas cadas de presin u oleadas de

lquido. La Figura 17 muestra algunos diseos de platos de sujecin. Se usan principalmente con relleno de cermica,

que puede romper fcilmente, y con relleno de plstico, que puede flotar y salir del lecho. Con frecuencia se utilizan

recubrimientos de tela metlica situados sobre el relleno, juntamente con los platos de sujecin para prevenir el arrastre

de lquido a la salida del vapor.

Fig. 17 Plato de sujecin

5. Platos de soporte para dispersin lquido-lquido.Aunque todo el tratamiento anterior se ha hecho para columnas

donde las dos fases en contacto eran lquido y vapor, tambin las columnas de relleno pueden ser utilizadas para

efectuar el proceso de extraccin lquido-lquido. En la parte inferior de la torre, la funcin de los platos de soporte es la

de actuar como soporte y dispersor de la fase ligera. Tambin se colocan cada 2 4 metros de lecho, actuando como

soportes y redispersores para la fase ligera, que tiende a coalescer. Cuando se colocan en la parte superior de la torre

se pueden utilizar para dispersar la fase pesada o bien hacer continua la fase ligera. En general, la fase dispersa entra atravs de los orificios y la pesada pasa a travs de secciones disponibles para descender.


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B.3 DISPOSITIVOS INTERIORES DE LAS COLUMNAS

Placas anti-salto. Se utilizan a veces para evitar salpicaduras del lquido sobre los tubos descendentes al pasar a una seccin

adyacente del mismo plato.

Placas con hileras de pas. Se colocan en la parte superior de los conductos de descenso o de los vertederos para romper la

espuma y evitar su arrastre.

Vertederos de entrada. Se utilizan para asegurar el cierre de lquido en los conductos de descenso cuando se opera con

elevados flujos de vapor o bajos flujos de lquido.

Colectores y cierres de entrada y salida. Se utilizan para asegurar el cierre de lquido bajo todas las condiciones.

Paneles de salpicadura.Se utilizan para prevenir salpicaduras y promover la uniformidad de flujo.

Agujero de hombre.El dimetro del agujero es un factor importante en el diseo de los platos, ya que afecta al nmero de

piezas que se han de instalar y al diseo del plato.

Cerchas, anillos, soportes. En torres de gran dimetro los platos se soportan sobre viguetas acanaladas. l mtodo a utilizarpara sujetar los platos a la carcasa requiere experiencia y una cuidadosa planificacin. Los platos deben de estar nivelados para

asegurar una distribucin uniforme del flujo.

Fig. 17. Dispositivos internos de columnas a) vertedero de entrada b) Colector de salida c)Cierre de gas d) paneles de

salpicadura

En la Figura 17 se muestran algunos de estos dispositivos.

Adems de especificar el dimetro y la altura de una columna, su diseo incluye determinar el tamao de todos los elementos

que la componen. A continuacin se citan algunos de los parmetros que se deben tener en cuenta:

Dimetro de los orificios de los platos: el rea de los orificios debe ser tal que a la velocidad de vapor ms baja todava no se

produzca el goteo del lquido.

Dimensiones del borde del plato: la altura del borde del piso determina el volumen de lquido sobre el plato, lo que es un factor

importante para determinar la eficacia del plato.

Distancia entre los centros de los orificios: depender del nmero de orificios activos que se requieren y del rea de orificio

determinada. En general, no debe ser inferior a 2 veces el dimetro del orificio, y el intervalo normal es de 2 - 4 veces.

Diseo del tubo de descenso del l quido: su rea debe ser tal que el nivel de lquido y de espuma que se alcanza en el tubo sea

inferior al que hay en el plato (del que desciende el lquido).

Si el nivel alcanzado es mayor la columna se inundar. El nivel debe ser superior al existente en el plato al que llega el lquido,

para que exista cierre hidrulico, y el vapor no ascienda por el conducto de bajada de lquido.


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Para todo ello existen ecuaciones empricas, grficos, correlaciones, valores promedio, ... que conducen a un primer valor

aproximado. Si los resultados que se obtienen conducen a valores adecuados de velocidad de goteo, de arrastre, prdida de

carga, ... , las dimensiones del equipo sern vlidas. En caso contrario se deben modificar hasta optimizar el diseo. (Ibarz y

Barbosa, 2005)

En el diseo de las torres de absorcin los pasos que se siguen son:

Seleccin del disolvente.

Obtencin de datos de equilibrio.Eleccin del relleno.

B.4 ELECCIN DEL DISOLVENTE PARA LA ABSORCIN:

El disolvente ideal ser aquel que no sea voltil ni corrosivo, adems de no ser viscoso y espumante. Asimismo, debe ser estable y no

inflamable, y presentar una solubilidad infinita para el soluto.

Generalmente, es difcil encontrar un disolvente que cumpla todos estos requisitos. por lo que la eleccin del disolvente vendr determinada en

cada caso por la alternativa ms conveniente. Se dar preferencia, sin embargo, a los lquidos que presenten mayor solubilidad por el soluto. En

los casos de absorcin fsica se elige, adems, el ms barato y no corrosivo. Cuando la absorcin es con reaccin qumica, el disolvente debe

presentar mayor capacidad de absorcin. Los datos para poder elegir el disolvente se deben buscar en la bibliografa, generalmente en

enciclopedias.

Si el propsito principal de la operacin de absorcin es producir una solucin especfica, el disolvente es especificado por la

naturaleza del producto. Si el propsito principal es eliminar algn componente del gas, casi siempre existe la posibilidad de

eleccin. Por supuesto, el agua es el disolvente ms barato y ms completo, pero debe darse considerable importancia a las

siguientes propiedades:

1. Solubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorcin y disminuir la

cantidad requerida de disolvente. En general, los disolventes de naturaleza qumica 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 reaccin qumica del disolvente con elsoluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente para volverlo a utilizar, la reaccin

debe ser reversible.

2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presin baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operacin de absorcin

generalmente est saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es necesario, puede

utilizarse un lquido menos voltil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente.

3. Corrosin. Los materiales de construccin que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos.

4. Costo.El disolvente debe ser barato, de forma que las prdidas no sean costosas, y debe obtenerse fcilmente.

5. Viscosidad.Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorcin, mejores caractersticas en la inundacin de las

torres de absorcin, bajas cadas de presin en el bombeo y buenas caractersticas de transferencia de calor.

6. Otros. Si es posible, el disolvente no debe ser txico, ni inflamable, debe ser estable qumicamente y tener un punto bajo de

congelamiento.

B.5 OBTENCIN DE DATOS DE EQUILIBRIO

El conocimiento exacto y correcto de los datos de equilibrio es muy importante. pues determinan la velocidad de circulacin del

lquido para una cierta recuperacin especificada de soluto.

Los mejores datos para un sistema determinado son los obtenidos experimen-talmente. Aunque a veces no se obtienen estos

datos, y se debe recurrir a expresiones generalizadas para el sistema que interese. Estos datos de equilibrio se encuentran en


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muchos casos en la bibliografa, como puede ser en enciclopedias tcnicas y Handbooks. en labias (International Critical Tables).

y en algunos casos en revistas cientficas, especializadas en el tema.

B.6 ELECCIN DEL TIPO DE RELLLENO

Anillos

Existen de diferentes medidas, saltando de una a otra de media en media pulgada. Generalmente son de cermica o acero. Tambin de plstico,

vidrio y otros materiales. Si los anillos son menores de 3" se colocan al azar. Si son mayores de este tamao se colocan ordenadamente.

Raschig:Es la forma ms sencilla y corriente. Es un trozo de tubera de pequeo espesor, de altura igual al dimetro.

Lessing:Son como los anillos Raschig. pero con un tabique transversal, para aumentar la superficie de contacto. Su tamao mximo es de 6".

En cruz:Con dos tabiques en cruz.

En espiral: El tabique intermedio est constituido por una espiral simple, doble o triple.

Poli: Como los anillos Raschig. pero con aperturas laterales.

Sillas o monturas

Berl: Con forma de sillas de montar. Generalmente son de plstico o cermica de 1/2" a 3". Caben ms por unidad de volumen que de anillos.

Presentan el inconveniente de que pueden encajar unas encima de las otras, disminuyendo el rea de transferencia.

intalor.De forma parecida a las anteriores, pero sin posibilidad de superponerse unas con otras.

Otros tipos

Tambin se utilizan como rellenos madejas de nquel, rejas de madera o metalicos troceadas, entre otros. El uso de estos tipas de relleno se

halla muy restringido a ciertos procesos.

Cada relleno tiene su dimensin caracterstica dp La canalizacin de la pared es mnima cuando: siendo: Dp el dimetro de la columna.

Cuando dpesmenor de este valor se evitan las canalizaciones de lquido en la pared de la torre. Para evitar las canalizaciones se deben colocarredistribuidores a lo largo de la columna.

I. CONCLUSIONES

La absorcin es una operacin unitaria de transferencia de materia que consiste en poner un gas en contacto con un

lquido para que ste disuelva determinados componentes del gas, que queda libre de los mismos

La absorcin puede ser fsica o qumica, segn que el gas se disuelva en el lquido absorbente o reaccione con l

dando un nuevo compuesto qumico

El principio en el que se fundamentan los procesos de absorcin y desorcin es la diferencia de concentracin que

existe entre las fases, del componente que se transfiere, respecto de la de equilibrio.

Para la absorcin, pueden utilizarse los mismos tipos de aparatos descritos para destilacin, pues las fases en contacto

sern tambin un lquido y un gas. Se usan normalmente columnas de platos contacto discontinuo o por etapaso de

rellenocontacto continuo. Ambas utilizan la fuerza gravitatoria para la circulacin del lquido.

Algunos dispositivos emplean medios mecnicos para facilitar el contacto entre las fases. Las torres de pulverizacin

son columnas vacas en las que el lquido entra a presin por un sistema de ducha, circulando el gas en sentido

contrario. Todos estos equipos propician la puesta en contacto de un gas y un lquido que no estn en equilibrio,

realizndose una transferencia de materia entre ambos.

Como aplicaciones tenemos que en la hidrogenacin de aceites comestibles en la industria alimenticia, se hace

burbujear hidrgeno gaseoso en el aceite para absorberlo en el mismo; entonces, el hidrgeno en solucin reacciona

con el aceite en presencia de un catalizador.

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