COLUMNA DE ABSORCIÓN DE GASES

La Columna de absorción de gas de

Armfield ha sido diseñada para

demostrar los principios de la absorción

de gas y para proporcionar formación

práctica en la operación de plantas de

absorción de gas.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Columna de relleno de absorción de

gas en unidad de suelo, con una

columna de acrílico de 75mm de

diámetro 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 están provistos de tomas para sensores

de presión y para muestreo de gas.

o Incluye dos manómetros para medir la presión.

o Incluye un aparato de análisis de gas del tipo Hempl.

o Incluye tres caudalímetros de área variable para medir el caudal de gas, aire y

líquido.

o Un compresor giratorio es utilizado para bombear aire a la columna.

o Una bomba centrífuga circula el agua (disolvente) desde un tanque de

alimentación de 50 litros de capacidad.

DETALLES TÉCNICOS

o Capacidad del tanque de

alimentación: 50,0 litros

o Diámetro de la columna: 0,075m

o Volumen del relleno: 7,0 litros

Altura de la columna de absorción: 1,4m

o Tipo de relleno: Anillos Raschig

10x10mm

o Capacidad del compresor de aire:

0,15m3/min a 0,3bar

o Capacidad de la bomba de

alimentación 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

EQUIPO AUXILIAR ESENCIAL

o Cilindro de CO2 con regulador de presión

ANTOLOGÍA

Fundamentos de la absorción de gases.

La absorción de gases es una operación unitaria en la cual una mezcla gaseosa se

pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más

componentes del gas y de obtener una solución de éstos en el líquido. Esta operación

requiere transferencia de masa de una sustancia en la corriente gaseosa al líquido. El

gas que queda libre de los componentes se denomina gas limpio o gas agotado.

Cuando la transferencia de masa sucede en la dirección opuesta, es decir, del líquido

al gas, la operación se conoce como desorción. Los principios de absorción y

desorción son básicamente los mismos. Generalmente, estas operaciones sólo se

utilizan para la recuperación o eliminación del soluto. Una buena separación de solutos

entre sí, exige técnicas de destilación fraccionada.

Se diferencias tres partes importantes en el proceso de absorción: el gas portador, el

cual va a ser limpiado o purificado, el líquido lavador, que sirve para disolver las

impurezas, y el componente gaseoso a separar. La absorción puede ser física o

química, según el gas que se disuelva en el líquido absorbente o reaccione con él

dando un nuevo compuesto químico.

Supóngase que se tiene una corriente de gas liviano, como el gas natural que

contenga principalmente metano en pequeñas cantidades de etano hasta n-pentano.

Se puede remover la cantidad deseada del componente más pesado que el metano,

colocando en contacto y en contracorriente el gas natural con una corriente de aceite

pesado en una columna de etapas múltiples como la ilustrada en la figura 6.7. 

Puesto que la absorción es un proceso de liberación de calor, el aceite limpio

generalmente entra a una temperatura por debajo de la temperatura promedio a la

cual se espera que opere la columna. La velocidad de flujo del aceite limpio es Lo y

entra por la parte superior de la columna. El gas rico o gas húmedo (el cual contiene

las impurezas) entra por el fondo de la columna a una temperatura igual o por encima

de rocío y a la presión de la columna, pero generalmente por debajo de la temperatura

promedio de ésta. El flujo de gas rico es representado por la variable VN+1 y el flujo

de gas limpio es V1. El aceite absorbente, más el material que ha sido absorbido, es

retirado por el fondo de la columna. El mismo recibe el nombre aceite rico y está

representado por la variable LN en la figura 6.7. Las columnas de absorción no

necesitan ni condensador ni caldera. Un diseño muy utilizado consiste en emplear

columnas vacías en las que el líquido entra a presión por un sistema de ducha ubicado

en la parte superior, haciendo que el mismo se pulverice, mientras que el gas rico

circula en sentido contrario. Este diseño se conoce como torre de pulverización.

En la industria se utilizan torres de absorción principalmente para la remoción de

gases ácidos que son emitidos por procesos de combustión o que son generados es el

procesamiento de hidrocarburos líquidos y gaseosos. Para limpiar los gases de un

horno de coque, por ejemplo, se emplea como líquido absorbente agua para eliminar

vapores de amoniaco y se utilizan aceites para remover vapores de benceno y

tolueno.

Equipos de absorción

Los equipos mas corrientes en las operaciones de absorción son las torres rellenas y

las columnas de platos, preferentemente las primeras, por presentar menor caída de

presión.

Las torres de rellenas usadas como absorbedores no son equipos estandarizados, se

diseñan con diámetros desde 20 hasta 600 cm y con 1 a 24 m de altura. En general,

las torres muy altas son poco eficientes.

Atendiendo al método de creación en la superficie de contacto desarrollada en las

torres de absorción pueden clasificarse del modo siguiente:

* Superficiales

* Peliculares

* De relleno

* De burbujeo (de platos)

* Pulverizados

Las superficiales son poco utilizadas debido a su baja eficiencia y grandes

dimensiones. Son específicos para gases muy solubles en el absorbente como es el

caso de HCl en agua.Las peliculares son equipos en los cuales la superficie de

contacto entre las fases se establece en la superficie de la película de líquido, que se

escurre sobre una pared plana o cilíndrica. Los equipos de este tipo permiten realizar

la extracción del calor liberado en la absorción. Los equipos más utilizados en la

industria química son las torres rellenas y las de burbujeo.

Descripción.

La absorción se utiliza para eliminar uno o varios componentes de una corriente

gaseosa utilizando un disolvente. Primero se produce una mezcla de gas bruto a base

de CO2 y aire. Es posible ajustar la relación de mezcla por medio de válvulas. Los

caudales de los componentes gaseosos se indican. Un compresor transporta la

mezcla de gases a la parte inferior de la columna de absorción. En la columna tiene

lugar la separación de una parte del CO2 en flujo en contracorriente con el disolvente.

Como disolvente se emplea agua. El CO2 es absorbido por el agua que baja por la

columna. Para separar el CO2 absorbido en el agua, la disolución se transporta desde

la parte inferior de la columna de absorción hasta una columna de desorción. La

solubilidad del CO2 en el agua disminuye al bajar la presión y al aumentar la

temperatura.  Un dispositivo de calefacción calienta el agua. Una trompa de agua

genera la depresión en la columna de desorción. Por tanto, el gas CO2 se desprende

del agua. Una bomba transporta el disolvente, así regenerado, a la columna de

absorción. La temperatura del agua se puede regular. El caudal, la temperatura y la

presión se registran continuamente. La columna formada por dos zonas con relleno y

está provista de conexiones para determinar las pérdidas de presión. La pérdida de

presión en cada una de las zonas de relleno se puede leer con dos manómetros de

tubo en U.

El banco de ensayos dispone de puntos de toma de muestras para extraer muestras

de gas y líquido respectivamente, lo que permite evaluar el resultado de la separación.

Las muestras de gas se pueden medir con el analizador portátil incluido en el

suministro.

Antología

Bucles de Recirculación

Balances de Materia

Un sistema se puede entender como un conjunto de componentes que actúan de manera conjunta a fin de cumplir con cierto(s) objetivo(s). No necesariamente se limita a objetivos meramente físicos, sino que puede aplicarse a fenómenos dinámicos abstractos pertenecientes a otras áreas del conocimiento.

Un proceso se puede definir como una operación o conjunto de operaciones que se suceden unos a otros de modo relativamente fijo, y que producen un resultado final.

Cuando se estudia un sistema, o una porción de un sistema, es imprescindible establecer la frontera del sistema. Dependiendo del proceso (o procesos) a ser analizados, habrá que delimitar hasta donde una unidad o parte pertenece o no al sistema objeto de estudio.

Un sistema se considera abierto cuando se transfiere materia por la frontera del sistema; es decir, que entra materia del entorno al sistema o sale materia del sistema hacia el entorno, o ambas cosas. Un sistema es cerrado cuando no tiene lugar una transferencia semejante de materia, durante el intervalo de tiempo en el que se estudia el sistema.

Un balance de materia e implemente la aplicación de la Ley de Conservación de la masa: “La materia no se crea no se destruye”. En un proceso químico, en particular, no es más que el conteo o inventario de cuanto entra, sale y se usa de cada componente químico que interviene en cada proceso. Se podría traducir la ley de conservación de la masa, para este caso, como sigue: El total de la masa que entra a un proceso o unidad es igual al total de la masa que sale de esa unidad.

Recirculación

El reciclaje implica regresar material (o energía) que sale de un proceso una vez más al proceso. Un flujo de reciclaje, denota un flujo de proceso que devuelve el material de un punto corriente debajo de la unidad de proceso a dicha unidad o a una unidad situada proceso arriba.

En muchos procesos industriales se emplean corrientes de reciclaje. En algunas operaciones de secado, la humedad del aire se controla reciclando parte del aire húmedo que sale del secador. En algunas reacciones químicas, el catalizador que sale se regresa al reactor para reutilizarlo. En las columnas fraccionarias, en las que parte del destilado vuelve por reflujo a la columna para mantener la cantidad de líquido dentro de la misma.

Los procesos que se estudian con recirculación, son generalmente en estado estacionario. No hay acumulación ni agotamiento de materiales dentro del proceso ni en el flujo de reciclaje.

*Recirculación en proceso sin reacción química:

Se pueden plantear los siguientes balances en masa

Todo el proceso (rectángulo en verde) El punto de unión en que la alimentación fresa se combina con la

corriente de recirculación (mezcla) En la unidad de proceso (rectángulo en rojo) El separador, en donde el producto bruto se separa en producto neto

y recirculación.Si se hacen para un componente, tres de los cuatro balances son independientes.

*Recirculación en proceso con reacción química:

Debe tenerse en cuenta que si la alimentación fresca tiene más de un material, la conversión debe expresarse respecto de un solo componente; por lo regular, el reactivo limitante, el reactivo más costoso o algún componente similar. Además, pueden existir algunos casos en los que el producto que se recircula tenga la misma composición que el producto bruto.

La recirculación se utiliza en los siguientes casos:

Cuando hay un componente en exceso estequiométrico. Cuando hay que separar un inerte.

Si la reacción es lenta, y la permanencia en el reactor es poco rentable, deben recircularse los reactivos que no reaccionaron.

Si se usan catalizadores. Cuando hay reacciones secundarias no deseadas, se dejan poco

tiempo los reactivos en el reactor para no dar tiempo a las reacciones secundarias; luego reciclo los reactivos que no reaccionaron.

En el proceso de filtración en donde el lado es muy espeso, se recicla parte del agua filtrada, para facilitar la filtración y evitar tapar el filtro.

*Sistemas de Recirculación cerrada

Los sistemas cerrados con tratamiento y recirculación de agua son utilizados comúnmente en los laboratorios de investigación, en el cultivo y mantenimiento de peces ornamentales y en grandes acuarios públicos y privados, en todo el mundo. A partir de la década del ´80, los estudios objetivando el uso de sistemas de recirculación se intensificó en Japón, Estados Unidos, Israel y otros países europeos.

En Brasil, el interés de los inversores por el cultivo de peces en sistemas cerrados es mucho más reciente. El uso de estos sistemas a escala comercial se encuentra aún restringido a algunos emprendimientos de peces ornamentales, laboratorios de reproducción de tilapia y algunas larviculturas de camarón. Los sistemas pioneros que focalizaron la recría o engorde de la tilapia fueron implementados hacia el final de la década del ´90. Gran parte de estos emprendimientos se enfrentaron a problemas operacionales o a la viabilidad económica que volvía imposible una producción.

Los sistemas de recirculación en cultivos acuáticos demandan una considerable inversión y capital operacional. Así, un cultivo puede ser enfocado sobre especies que muestren su buen valor en el mercado y conducido de tal forma que se optimice el uso de las instalaciones y la producción. De esta forma es posible diluir importantes componentes del costo de un emprendimiento (salarios de los empleados en la operación y administración, depreciación y mantenimiento de las instalaciones y equipamiento, disminución de expensas fijas como la energía eléctrica); reduciendo los costos de producción y mejoramiento o retorno del capital invertido.

Ficha Técnica

Bucles de recirculación

Datos generales

El aparato de bucle de reciclado de Armfield ha sido diseñado para demostrar de forma clara, tanto visual como experimentalmente, lo que es el reciclado, y para realizar balances de masa y de energía bajo condiciones de estado estable y estado inestable. La aplicación modelada es típica de un sistema de calentamiento en las industrias de productos químicos, alimentos o productos farmacéuticos, en las que la temperatura de un producto se eleva o reduce fuera de línea recirculando parte del producto por un intercambiador de calor.

Objetivo

Generales

Demostrar el efecto de la recirculación en el balance de materia y energía, de igual forma aplicar la ecuación de balance de energía en la recirculación.

Particulares

1. Emplear el equipo de bucles de recirculación Armfield TH4 para comprender

los principios de su funcionamiento.

2. Analizar, tanto visual como experimentalmente, qué es un bucle de

recirculado.

3. Demostrar que con cualquier caudal de recirculado el flujo de entrada y

salida son el mismo.

especificaciones del equipo

Una unidad de banco que consta de un plinto de plástico ABS conformado al vacío con consola eléctrica integrada, sobre el cual está montado un tubo de paso con un bucle de reciclado que incorpora una bomba de circulación y un calentador.

Un regulador de presión con filtro en el extremo de entrada al aparato minimiza el efecto de las posibles fluctuaciones en la presión de suministro de agua fría. El agua del bucle de reciclado es calentada por un calentador eléctrico de 2kW con protección contra sobre temperatura. El caudal dentro del bucle puede variarse entre 0 (sin reciclado) y 3 litros/ min. El caudal de paso de agua puede variarse entre 0 y 1,5 litros/ min.

Las temperaturas en la entrada al sistema, en la salida del sistema y dentro del bucle de reciclado son medidas usando termopares tipo K. Los caudales en los puntos correspondientes se miden usando sensores de caudal tipo turbina. Un depósito con acoplamientos auto sellantes permite variar el volumen del bucle.

Todos los circuitos eléctricos están protegidos por dispositivos de protección apropiados.

La consola incorpora un medidor digital con interruptor de selección, que muestra las temperaturas y los caudales medidos. Las señales correspondientes son enviadas a un puerto de E/S para su transmisión a una PC.

Accesorios del equipo

SERVICIOS REQUERIDOS

Monofásico Suministro eléctrico:

TH4-A: 220/240V/1ph/50Hz @ 13 A

TH4-B: 120V/1ph/60Hz @ 20A

TH4-G: 220V/1ph/60Hz @ 13 A

Suministro de agua fría 3 litros / min a 2 bar Calibre

Conexión de desagüe para el agua caliente a 3 litros / min Máximo

DIMENSIONES

Altura: 0.400m

Anchura: 1.000m

Profundidad: 0.500m

Especificación de transporte

Volumen: 0,32 m3

Peso bruto: 30kg