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Absorcion y Desorcion
Absorcion y Desorcion
Absorcion y Desorcion
INGENIERÍA EN ALIMENTOS IV
ABSORCIÓN Y DESORCIÓN
ELABORADO POR:
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Introducción
La desorción se puede definir como un proceso en el que una sustancia previamente adsorbida
se libera de una superficie por lo general, la desorción ocurre cuando una molécula dada gana
suficiente energía para superar la energía de límite que previamente la había mantenido unida a la
superficie. La ventaja de la absorción es que es un proceso reversible que permite la combinación
de procesos en la industria de absorción y desorción, con el propósito de regenerar el disolvente y
reutilizarlo.
El objetivo de nuestra investigación es el enunciado claro y preciso donde damos una finalidad
que se persigue con nuestra investigación es decir, plasmar qué queremos lograr, alcanzar o
conseguir con nuestro estudio de investigación, también es para la búsqueda y generación de
conocimiento.
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Objetivos
Objetivo General:
Objetivos Específicos:
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Absorción
En la industria, la absorción se emplea sobre todo para purificación de gases, ya sea que el gas
sea un producto o un residuo del proceso. Una aplicación típica es la reducción de SO2 y CO2 en
una corriente gaseosa en columnas de absorción. La adsorción es sumamente utilizada para la
purificación de gases y líquidos. En la industria es común encontrar columnas empacadas a través
de las cuales se hace fluir el líquido o gas tratar.
Algunos ejemplos son: la extracción de humedad de una corriente gaseosa, que se hace pasar
por una columna con alúmina activada que adsorbe la molécula del agua; otro es la purificación
de agua con carbón activado, el cual tiene la capacidad de adsorber moléculas orgánicas como
pesticidas, hidrocarburos, etc. El adsorbente más utilizado en procesos industriales, comerciales y
domésticos es el carbón activado. (Carbotecnia, 2023)
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Esta operación se lleva a cabo de manera continua en equipos llamados torres o columnas, son
equipos cilíndricos y suelen ser de gran altura, dichas torres pueden ser empacadas o de platos los
flujos de contracorriente entre el gas y el líquido se realiza dentro en contracorriente dentro de la
torre. La corriente gaseosa se introduce por la base de la columna y sale por el domo, la corriente
liquida se alienta por el domo y se descarga por la base.
Historia de la absorción
Aspectos Generales
El control de contaminacion del aire es de suma importancia en la actualidad. Debe ser
considerado en terminus de requerimientos legales, sistemas tecnológicos (equipo y procesos) y
las consecuencias ecológicas del tratamiento y disposición de los conaminantes recolectados
(Peery). La estrategia de control para la valoracion del impacto ambiental normalmente se enfoca
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en cinco alternativas, cuyo objetivo es la reducción y/o eliminación de emisiones de
contaminantes:
Debido a los altos costos que existen para ciertos sistemas de control de contaminacion, los
ingenieros buscan modificar los procesos actuals para lograr disminuir la emission de
contaminantes lo mas possible. En algunos casos esto no es possible, por lo que la utilizacion del
equipo de tratamiento de contaminacion adecuado es de suma importancia. Este equipo debe ser
diseñado para cumpllir con los límites legales establecidos de forma continua, lo que lleva a que
se haga especial enfasis en las practicas de operacion y de mantenimiento. Los costos de energía,
mano de obra y materiales causan que estas practicas sean hasta mas importantes que el costo de
capital original. A la hora de seleccionar el equipo de control de contaminación, existen varios
factores de suma importancia que deben ser considerados: los ambientales los de ingeniería y por
supuesto los económicos:
Factores Ambientales: Estos incluyen la posición de los equipos, el espacio disponible, las
condiciones ambientales, la disponibilidad de servicios (energía, agua, etc) y de facilidades
(disposición de desechos), máxima cantidad de emisiones permitidas, consideraciones estéticas
(visibilidad de columnas de gases), contribuciones del Sistema a la contaminación del suelo y
agua a los niveles de ruido en la planta.
Factores económicos: costo de capital, costos de operación y cualquier otro costo dentro del
ciclo de vida del equipo.
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Fundamentos de Operación
Balances de materia
Las ecuaciones de los balances globales de materia, basadas en las corrientes extremas, son:
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del líquido de entrada x2. Por consiguiente, la cantidad de flujo de líquido de entrada L2 o L’ se
deja a elección del diseñador.
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La fuerza impulsora para la transferencia de materia es ahora (yn+ 1 – ye), es decir, la
diferencia entre la composición real del vapor y la composición del vapor en equilibrio con el
líquido para la correspondiente posición en la columna (diferencia entre la concentración de
“soluto” en el vapor y concentración de “soluto” en el líquido absorbedor).
Elementos Favorecedores
Los elementos a considerar en el proceso para favorecer la transferencia de masa entre la
corriente gaseosa y liquida es presión y temperatura, esto se debe a que la presión de vapor de los
componentes dependen únicamente de la temperatura a lo largo de la columna de absorción. Lo
anterior se logra si se mantiene la temperatura de la corriente liquida lo más baja posible durante
el proceso.
¿Cómo elegir el líquido para llevar a cabo el proceso de absorción? Al momento de elegir el
líquido utilizado para la absorción de gases, este debe cumplir con una serie de características,
existe un disolvente que cumple con todo lo anterior, ya que es muy completo y es muy barato, se
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trata del Agua. Sin embargo, de acuerdo a los requerimientos del proceso y la calidad del
producto a obtener no siempre este es el disolvente más utilizado.
Solubilidad del gas: con respecto a la solubilidad del gas, esta debe ser elevada con el
fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de
disolvente, si este se desea recuperar para utilizarlo nuevamente la reacción química
debe ser reversible.
Volatilidad: la volatilidad del disolvente debe tener una presión baja de vapor para así
evitar perderse una gran cantidad.
Corrosión: la corrosividad del líquido utilizado debe ser tal que no implique materiales
caros de construcción y fabricación en las torres.
Costo: en cuanto al costo de disolvente, este debería ser barato de forma que las
pérdidas no sean muy costosas y a su vez debe obtenerse de manera muy fácil.
Viscosidad: se prefiere que la viscosidad del líquido sea baja, para favorecer la rapidez
en el proceso de la absorción.
Misceláneos: el disolvente a su vez debe cumplir con otras características, que no sea
toxico, no sea inflamable, que sea estable químicamente y que tenga un punto bajo de
congelamiento. (htt4)
Superficiales
Peliculares
De relleno
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De burbujeo (de platos)
Pulverizadores
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 del 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 (Valdez Fernandez, s.f.)
Torres rellenas
El equipo consiste esencialmente en una columna que posee un conjunto de cuerpos sólidos,
que descansan sobre una rejilla con agujeros, los cuales permiten el paso de los fluidos. El flujo
es a contracorriente, el gas entra por la parte inferior de la torre y se mueve ascendentemente y
pasa a través de las capas de empaquetaduras o rellenos. El líquido entra por la parte superior de
la torre y se distribuye uniformemente por toda la sección transversal de la torre con ayuda del
distribuidor . La rejilla de soporte se construye con un material resistente.
En estos equipos, el gas burbujea dentro de una capa de líquido, de modo que la superficie de
contacto entre las fases es la superficie de todas las burbujas formadas. Las torres de platos son
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columnas dentro de las cuales están instalados platos igualmente espaciados. Los platos poseen
perforaciones, a través de las cuales pueden ascender los vapores procedentes de los platillos
inferiores, lo que posibilita la interacción gas-líquido. Según sea el diseño del plato, en lo que
respecta a la configuración del orificio y a la existencia o no de tubos bajantes para el descenso
de líquido, las torres de platos se clasifican en:
Las características comunes de los diferentes tipos de platos son el gran contacto entre as
fases, la facilidad de limpieza y la posibilidad de evacuación del calor, evolucionando en el
proceso, con la introducción de serpentines en el espacio interplatos.
Las columnas o torres de absorción vienen a ser los equipos que permiten llevar a cabo la
operación de transferencia de materia denominada Absorción. Esta transferencia de materia
puede llevarse a cabo a través de dos mecanismos, el primero la absorción física o disolución, en
donde no se producen reacciones químicas entre las sustancias y el segundo la absorción química
o reacción química en donde se origina un nuevo componente químico, ya que el gas reacciona
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con la sustancia utilizada como soluto, esto puede ayudar a aumentar la velocidad de la absorción
y es un mecanismo muy útil cuando se desea transformar componentes nocivos o peligrosos
presentes en el gas de entrada en productos inocuos, el modo de operación de la torre es bastante
sencillo, el sistema recibe el solvente limpio por la parte superior de la columna, por otro lado el
gas húmedo, rico o con impurezas entra en el fondo de la misma a una temperatura ligeramente
por encima de su punto de roció y a la presión de la columna.
Una vez que se lleva a cabo el proceso de absorción, el fluido utilizado como solvente junto
con el material que ha sido absorbido es retirado en la parte inferior de la columna, el gas limpio
por otro lado, se extrae por la parte superior de la torre de absorción.
Las variables de proceso que deben monitorearse y controlarse durante esta operación son la
presión de la columna en toda su longitud y la temperatura, así como los valores de caudal tanto
del solvente como del gas que se desea agotar.
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Absorción en la industria
La operación unitaria absorción se presenta en la absorción de oxigeno del aire en los procesos
de fermentación o en una planta de tratamiento de aguas así como en la absorción de hidrógeno
gaseoso en un proceso de hidrogenación líquida de aceites, se hace burbujear hidrógeno gaseoso
en el aceite para absorberlo en el mismo, entonces el hidrógeno en solución reacciona con el
aceite en presencia de un catalizador.
Otro ejemplo es la absorción de amoniaco A del aire B por medio de agua líquida C, en
general la solución amoniaco-agua que sale se destila para obtener amoniaco relativamente puro.
En
el
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proceso de hidrogenación de aceites para transformarlos en grasas el hidrógeno gaseoso es
absorbido por los ácidos grasos insaturados en presencia de una pequeña cantidad de Níquel que
es usado como catalizador.
Bebidas carbonatadas por absorción de CO2 en el agua, Este dióxido de carbono se disuelve
parcialmente con el agua (H2O), formando ácido carbónico (H2CO3), al reaccionar de la
siguiente manera: CO2 + H2O -> H2CO3. Este ácido carbónico es el responsable de aumentarle
ligeramente la acidez al agua. El dióxido de carbono que no se disuelve es el que se libera en
forma de burbujas al perder presión. La absorción en la industria alimentaria se usa básicamente
para incorporar una sustancia. Hidrogenación de los aceites permite protegerlos de la oxidación y
enranciamiento.
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DESORCIÓN
Es una operación unitaria en la cual se pone en contacto una corriente líquida con una
corriente gaseosa con el fin de realizar la transferencia de uno de los componentes de la corriente
líquida a la corriente gaseosa. Por definición la desorción es lo contrario a la adsorción la
eliminación de materia desde un medio adsorbente, usualmente para recuperar material. Esto
ocurre en un sistema que está en el estado del equilibrio de la absorción entre la fase a granel
líquido, es decir solución del gas o del líquido y una superficie adsorbente sólido o límite que
separa dos líquidos.
Tipos de desorción:
Se clasifican varios tipos diferentes de desorción según el mecanismo que impulsa a las
moléculas a escapar, los tipos más comunes son la desorción térmica, la desorción
despresurizada, la desorción reductora/oxidativa, la desorción estimulada por electrones y la
fotodesorción infrarroja.
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lo suficientemente bajas como para que no ocurra la incineración, para permitir que los
contaminantes volátiles se absorban y eliminen.
Fotodesorción infrarroja: otro método de desorción consiste en hacer brillar una luz
infrarroja sobre una superficie que contiene un adsorbente, esto provoca un aumento de la
temperatura de las moléculas adsorbidas y, por tanto, de su energía vibratoria y rotacional el
ajuste de la longitud de onda de la luz infrarroja también permite la excitación de solo átomos o
moléculas particulares, lo que hace posible la adsorción selectiva.
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disolvente. Por lo general, se utilizan múltiples adsorbentes para que el proceso pueda continuar
sin interrupciones.
Desorción Historia
Durante el proceso de la absorción de gases la transferencia de masa ocurre de la corriente
gaseosa a la liquida, cuando esta transferencia sucede en el sentido inverso, es decir de la
corriente liquida a la gaseosa es conocida como desorción.
Leyendo la historia y basandonos en los años podemos hablar primero sobre el médico y
químico británico William Henry nació en Manchester el 12 de diciembre de 1775. Su padre era
químico y farmacéutico y poseía una empresa química en Manchester. Estudió Medicina en la
Universidad de Edimburgo, donde se doctoró en 1807. Pero sus problemas de salud debidos a un
accidente que tuvo en su niñez, le impidieron ejercer la práctica médica, por lo que se dedicó en
cuerpo y alma a otra de sus pasiones, el estudio de la Química, y fundamentalmente los gases.
El simple contacto de un gas con un líquido hace que parte de ese gas se disuelva en el agua.
Un gas tiene sus moléculas en constante movimiento, de forma que chocan con los obstáculos
que encuentran en su camino. Cuando ese obstáculo es la superficie de un líquido, algunas
moléculas de gas con un poco más de velocidad logran penetrar en el líquido, quedando disueltas.
Gracias a este fenómeno existe la vida acuícola. Como el planeta está envuelto en una
atmósfera gaseosa, el contacto del aire con el agua garantiza que una parte del oxígeno termine
dentro de ríos, lagos y océanos y dé soporte a la respiración de la fauna marina.
Henry estudió la disolución de los gases y formuló la ley que lleva su nombre: “A temperatura
constante, la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas, siempre que
no tengan lugar reacciones químicas entre el gas y el líquido”. Por ejemplo, a 10 atmósferas de
presión y 20 grados de temperatura, el oxígeno disuelto en un litro de agua es 10 veces mayor que
a nivel del mar y a esa misma temperatura. (Medina, 2017)
Basandonos en la literatura de la historia de gases, sobre personas que influyeron mucho en los
temas de absorcion, desorcion y adsorcion de gases; también podemos mencionar a Ericka
Cremer que nace el 20 de mayo de 1900. Quien en el laboratorio de Innsbruck investigó la
hidrogenación del acetileno, pero tuvo problemas para separar dos gases con calores de adsorción
similares utilizando los métodos que se conocían. Su misma universidad estaba realizando una
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investigación sobre la cromatografía de absorción líquida y eso le dio una idea para idear otro
método de separación de gases en el que se usase un gas portador inerte como fase móvil. Con
este propósito, desarrolló relaciones y ecuaciones matemáticas e instrumentación para el primer
cromatógrafo de gases.
En 1952, Martin y su socio Richard Laurence Millington Synge ganaron el Premio Nobel de
cromatografía de partición, que a menudo se acredita por introducir el uso del gas como fase
móvil (idea de Erika Cremer).
Se cree que no se tuvieron en cuenta los trabajos de Cremer debido a que no expuso sus ideas
ni a las personas ni en los lugares adecuados. Los científicos austriacos no estaban centrados en
los gases por ello sus propuestas no tuvieron mucho interés y la comunicación entre científicos
después de la guerra era bastante deficiente. (Educativos, s.f.)
Fundamentos de operación
Pasando una corriente de aire u otro gas para invertir el equilibrio de adsorción
Pasar por el lecho del adsorbente una corriente que mejore las propiedades de este.
Elevando la temperatura.
Para una separación casi completa del soluto, generalmente se requieren varias etapas y la
desorción o stripping se lleva a cabo en una columna con flujos de gas y líquido en
contracorriente. Como medio de stripping se puede utilizar un gas inerte o vapor de agua, pero la
recuperación del soluto resulta más fácil cuando se utiliza vapor de agua, ya que este componente
se puede condensar.
Aunque todos los ejemplos de desorción involucran moléculas adsorbidas que escapan de una
superficie determinada, se clasifican varios tipos diferentes de desorción según el mecanismo que
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impulsa a las moléculas a escapar. Los tipos más comunes son la desorción térmica, la desorción
despresurizada, la desorción reductora/oxidativa, la desorción estimulada por electrones y la
fotodesorción infrarroja. Una breve descripción de cada uno se puede encontrar a continuación.
En la figura siguiente se muestran las líneas de operación y equilibrio para un stripping con
vapor de agua. Cuando xa y xb están especificadas, existe una relación mínima de vapor a líquido
correspondiente al punto en el que la línea de operación toca a la línea de equilibrio.
En un proceso global de absorción y stripping el costo del vapor de agua es con frecuencia el
más importante; el proceso se diseña para utilizar la menor cantidad posible de vapor. En la
columna de stripping se opera con un flujo de vapor cercano al mínimo, dejando que salga algo
de soluto con la disolución agotada en vez de tratar de obtener una recuperación completa.
Equipos
Los aparatos empleados en estastécnicas son columnas en las que no se require caldera y
tampoco hace falta colocar ningún refrigerante. Pdemos mencionar dos tipos:
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- Columnas de relleno.
- Columnas de Plato.
Pero para ser más especificos y buscar equipos de calidad se encontro la empresa Likusta
quienes se dedican a fabricar equipos de alta calidad para el tratamiento de agua potable y
residual y para la depuración de gases de escape. Desde su fundación en 1978, Likusta
Umwelttechnik GmbH se dedica con éxito a la fabricación de equipos y dispositivos de
tecnología medioambiental.
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Eliminación de hidrocarburos disueltos
Además, los equipos de desorción pueden utilizarse para eliminar hidrocarburos disueltos que
se forman debido a la producción o al uso industrial de por ejemplo: disolventes, aceites
hidráulicos, pegamentos, pinturas, refrigerantes y pesticidas. Estas sustancias son en parte
altamente tóxicas, cancerígenas y pueden modificar el genoma de personas y animales si se
ingieren, como puede ser, a través del agua potable.
-Hidrocarburos clorados y volátiles (LCKW por sus siglas en alemán), como: tricloroetileno,
tetracloroetileno, cis-1,2-dicloroeteno, 1,1,1-tricloroetano
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insufla con un procedimiento a contracorriente, al hacerlo, los hidrocarburos disueltos pasan al
aire.
Aplicación en alimentos
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Arrastre de gotas de líquido por la corriente gaseosa: reducción de la eficiencia de la
etapa
Caída de la presión del gas: Requerimiento de mayor potencia del ventilador o
soplante, aumento del costo operativo.
Elevada caída de presión del líquido: inundación de la columna
Formación de espuma: arrastre de líquido hacia el plato superior
Baja velocidad del gas: Lagrimeo o lloriqueo (caída de líquido a través de los orificios
del plato)
Baja velocidad del líquido: arrastre de líquido por parte del gas.
Columna de contacto continuo- torre de relleno.
Conclusiones
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Si 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. Se emplea también en la purificación de aguas, tratamiento de aguas
residuales, quitar olores o en el secado de aire.
La desorción es el proceso contrario a la absorción, se puede efectuar pasando una
corriente de aire u otro gas para invertir el equilibrio de absorción, también se efectúa
al pasar por el lecho lecho del absorbente de una corriente que mejore las propiedades
de este.
Estas operaciones se pueden llevar a cabo en columnas de platos y de relleno, así como
también en torres de pulverización, las cuales son columnas vacías en las que el líquido
entra por un sistema de ducha, circulando al gas en sentido contrario.
Referencias
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Educativos, R. (s.f.). Recursos educativos sobre energía y medio ambiente. Obtenido de
https://rinconeducativo.org/es/efemerides/20-de-mayo-de-1900-nace-erika-cremer-incansable-en-
sus-investigaciones-sobre-la/
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