Absorción y Condensadores en la Industria - Tema 6 I

Control y Tratamiento de la Contaminación Atmosférica

• Curso de Grado en Ingeniería Química Industrial, 4º curso.
• El tema 6 trata sobre Sistemas de Depuración de Gases (I): Absorción y Adsorción.

Contenido (Tema 6)

• Sistemas de depuración de gases. Procesos de condensación.
• Absorción de contaminantes gaseosos: Incluye aspectos fundamentales del proceso de absorción.
• Diseño de una torre de relleno.
  • Necesidades de absorbente.
  • Selección del relleno.
  • Altura de una torre de relleno.
  • Diámetro y caída de presión de una torre de relleno.
• Aplicaciones industriales de la absorción de gases.
• Adsorción de contaminantes gaseosos: Incluye tipos de adsorbentes.
• Equilibrio de adsorción: Isotermas.
• Proceso de adsorción: curva de ruptura y regeneración de adsorbentes.
• Aplicaciones industriales del procesos de adsorción.
• Biofiltración.

Control de Fuentes Fijas

• Modificaciones en el proceso de producción: Para impedir o minimizar emisiones.
  • Uso de combustibles con menor contenido en azufre, reduciendo SO2.
  • Uso de hornos de baja producción de NOx.
• Uso de técnicas que ayuden a eliminar la contaminación producida:
  • Condensación (también como pretratamiento).
  • Absorción.
  • Adsorción.
  • Tratamiento biológico (Biofiltración).
  • Oxidación térmica o catalítica.

Condensación

• Se utiliza para eliminar contaminantes con bajas presiones de vapor.
• Implica cambio de fase de los componentes volátiles de la mezcla de gases.
• Dos opciones:
  • Enfriando el gas por debajo del punto de rocío.
  • Aumentando la presión sin cambio en la temperatura.
• Refrigerantes habituales: Agua o salmueras (requieren temperaturas bajas).
• Se basa en condensadores de contacto o de superficie.
  • Condensadores de contacto: el refrigerante se pulveriza directamente sobre la corriente gaseosa. Torres de relleno o de spray.
  • Condensadores de superficie: son intercambiadores de calor. Requieren menos consumo de agua, produciendo entre 10-20 veces más condensado que los de contacto.

Absorción de Contaminantes Gaseosos

• La absorción es una operación básica donde un soluto (A) de una mezcla gaseosa se transfiere a una fase líquida (solvente S).
• La operación contraria se denomina desorción.
• Se necesita buen contacto entre las fases.
• Las superficies de líquido deben ser amplias.
• Se requiere equipamiento de absorción.

Diseño de una Torre de Relleno

• Selección del absorbente adecuado. Se debe seleccionar un absorbente con elevadas y selectivas solubilidades, baja volatilidad, baja viscosidad, y manejo seguro.
• Cálculo de las necesidades de absorbente.
• Selección del relleno. Criterios son: alta relación superficie/volumen, flujo de fluidos fácil sin excesiva caída de presión, resistencia química y mecánica, y bajo costo. Se puede utilizar diferentes tipos de relleno como Intalox, Berl, Tellerette, etc.
• Cálculo de la altura del relleno en la torre. Considera la velocidad de transferencia y el equilibrio entre las fases gaseosa y líquida.
• Cálculo del diámetro de la torre. Depende de la velocidad de inundación, la caída de presión del gas y la pérdida de carga.

Absorción: Cálculo de las necesidades de absorbente

• Conocer los datos de equilibrio del sistema.
• Determinar la línea de operación.
  • Se debe expresar el flujo molar del absorbente y del gas en moles/tiempo.
  • Expresar la concentración de soluto en fase líquida y gaseosa.

Diseño de una torre de absorción: Cálculo de la altura

• Considerando el balance de materia en la columna de absorción.
• Relaciones molares para expresar concentraciones.
• Cálculo de fuerza impulsora media logarítmica.

Diseño de una torre de absorción: cálculo del diámetro

• Cálculo de la velocidad másica del líquido.
• Cálculo de la velocidad másica del gas.
• Se deben utilizar gráficos para determinar el punto de inundación.

Aplicaciones Industriales de la Absorción/Adsorción

• Absorción: Se da en cementeras (gases ácidos), química (gases ácidos y tóxicos), fertilizantes (NH3, HF, ácidos orgánicos), cristal (gases ácidos), tratamiento de aguas (NH3, H2S), incineración (gases ácidos).
• Adsorción: En pinturas (COVs), petroquímica (anhídrido maleico, óxido de etileno, H2S), centrales termales (SO2), papelera (COVs, SH2, NH3), farmacéutica (COVs), alimentaria.

Adsorción de Contaminantes Gaseosos

• Adsorción física (fisisorción): Enlaces débiles, poco específicos, reversibles.
• Adsorción química (quimisorción): Enlaces fuertes, específicos, irreversibles.

Adsorbentes

• Carbón activado: Para COVs, olores, recuperación de disolventes, y tamices moleculares para SOx, NOx, Hg y otros.
• Arcillas naturales y activadas, Kieselguhr, dolomía, Bauxita, alúmina, alúmina alcalinizada, Óxidos de hierro, zinc, Carbón de huesos, Carbón vegetal y gel de sílice. Otros adsorbentes.

Biofiltración de Contaminantes Gaseosos

• Para la degradación de gases, los microorganismos se adhieren a la superficie de un material sólido.
• Condiciones para la aplicación de biofiltros:
  • Los constituyentes gaseosos olorosos deben transferirse y adsorberse en el material filtrante.
  • Los constituyentes adsorbidos deben ser convertibles por los microorganismos.
  • Los productos de la biodegradación no deben interferir con procesos previos.
• Material filtrante: turba fibrosa, compost.