adsorción

ARGEL BUELVAS LAURA

BUELVAS MUOZ YINA

CAMPUZANO RUIZ ISAAC

CORDERO PETRO PAOLA

Operaciones Unitarias II -Ing. De Alimentos- Facultad de IngenieraUniversidad de Crdoba

ABSORCIN VS ADSORCIN

Es un proceso en el cual las molculas o tomos de

una fase interpenetran casi uniformemente en los

de otra fase, constituyndose en una

solucin con esta segunda.

Es un proceso mediante el cual se extrae materia de una fase y se concentra

sobre la superficie de otra fase, generalmente solida.

Por lo anterior se considera como un fenmeno

subsuperficial.

AB

SO

RC

IN

AD

SO

RC

IN

Diferentes procesos de sorcin (Appelo and Postma, 1993)

INTRODUCCINLa adsorcin de utiliza para eliminar de forma individual loscomponentes de una mezcla gaseosa o liquida. El componente aseparar se liga de forma fsica o qumica a una superficie solida.

FSICA

La especie adsorbida conserva su naturaleza qumica

QUMICA

La especie adsorbida sufre una transformacin para dar lugar a una especie distinta

ABSORBATO

TIPOS DE ADSORCINCabe distinguir tres tipos de adsorcin segn que la atraccin entre el soluto y eladsorbente:

Cae de lleno dentro del intercambio inico y a menudo se le llama adsorcin por intercambio, que es un proceso mediante el cual los

iones de una sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atraccin electrosttica en los lugares cargados de la

superficie.

En estos casos la molcula adsorbida no esta fija en un lugar especifico de la superficie, si no mas bien esta libre de trasladarse

dentro de la interfaz. Esta adsorcin, en general, predomina a temperaturas bajas.

Si el adsorbato sufre una interaccin qumica con el adsorbente, el fenmeno se llama adsorcin qumica. Las energas son elevadas del orden de las de un enlace qumico; predomina a temperaturas

altas.

PROPIEDADES FSICAS DE LOS ADSORBENTES

Se han desarrollado muchos adsorbentes para una amplia gama de separaciones.Por lo comn, estos tiene forma de pelotitas o grnulos cuyo tamao va de cercade 0,1 a 12 milmetros de dimetro.Una partcula de adsorbente tiene estructura muy porosa, con numerosos porosmuy finos (50%).Existen algunos adsorbentes comerciales y algunos de los principales se describe acontinuacin:

CARBON ACTIVADO Material micro cristalino

que proviene de la descomposicin trmica

de madera.

AS = 300-1200 m2/g

D = 10-60

GEL DE SILICESe fabrica tratando con acido una solucin de

silicato de sodio y luego secndola.

AS = 600-800 m2/g

D = 20-50

ALUMINA ACTIVADASe activa el oxido de aluminio hidratado calentndolo para

extraer el agua.

AS = 200-500 m2/g

D = 20-140

PROPIEDADES FSICAS DE LOS ADSORBENTES

ZEOLITAS TIPO TAMIZ MOLECULAR

Son aluminosilicatos cristalinos porosos que forman una red

cristalina abierta que tiene poros de uniformidad precisa.

D = 3-10

POLIMEROS O RESINAS SINTETICAS

Se presentan como una alternativa al carbn activo en el tratamiento de

aguas residuales. Dichos adsorbentes se producen por polimerizacin en

suspensin entre uno o varios monmeros, en presencia de un

agente reticulante.

RELACIONES DE EQULIBRIO PARA ADSORBENTES

Isoterma de adsorcin

Equilibrio entre la [ ] de un soluto en la

fase fluida y su [ ] en el slido

Se parece un pocoSolubilidad en

equilibrio de un gas en un lquido

Grfica 1. Algunos tipos comunes de isotermas de adsorcin*

*Fuente: Geankolplis, C. J. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3ra Edicin. CECSA. Pg. 775


Ley lineal Ecuacin parecida a la ley de Henry.

=

Esta isoterma lineal no es comn, pero en la regin diluida se puede usar para aproximar los datos de muchos sistemas.

Ecuacin de la isoterma de FreundlichAproximar los datospara muchos sistemas de adsorcin fsicos y es particularmente til para lquidos.

=

En una grfica log-log de q en funcin de c, la pendiente es el exponente adimensional n. Las dimensiones de K dependen del valor de n.


La isoterma de Langmuir tiene una base terica y est dada por la siguiente ecuacin.

=0

+

En casi todos los sistemasde adsorcin, a medida queaumenta la temperatura lacantidad adsorbida por eladsorbente vadisminuyendo con rapidez.

Nmero fijo de sitios activos disponibles para la adsorcin, se forma una monocapa y que es reversible y alcanza una condicin de equilibrio.

Cuando se grafica 1/q en funcin de l/c, la pendiente es K/q0, y la interseccin es 1/q0.

ADSORCIN POR LOTESAdsorber solutos de disoluciones lquidas cuando las cantidades tratadas son pequeas, como en la industria farmacutica y en otras.

Relacin de equilibrio

Balance de materia

+ = +

Al graficar la variable q en funcin de c, el resultado es una lnea recta.

Isoterma de

equilibrio

DISEO DE COLUMNAS DE ADSORCIN DE LECHO FIJO

LECHOS FIJOS

Lecho empacado a una tasa de flujo constante. El fluido

Tanque agitado que alcanza el equilibrio. La situacin es ms compleja

Resistencias a la transferencia de masa.

Importantes

Depende de la dinmica global del sistema, y no slo de las consideraciones de equilibrio.

La eficiencia del proceso


PERFILES DE CONCENTRACIN


Las concentraciones del soluto en la fase fluida y en la fase adsorbente slida cambian con el tiempo y tambin con la posicin en el lecho fijo conforme prosigue la adsorcin.

En la entrada del lecho

A medida que el fluido entra en contacto con la entrada del lecho.

Cuando el fluido pasa a travs del lecho



Grfica 2. Perfiles de concentracin para adsorcin en un lecho fijo a varias posiciones ytiempos en el lecho*

*Fuente: Geankolplis, C. J. (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. 3ra Edicin. CECSA. Pg. 778



Despus de cierto tiempo, el slido que

se encuentra cerca de la entrada de la

torre est casi saturado, y la mayor

parte de la transferencia de

masa y de la adsorcin sucede ahora en un punto ligeramente ms

lejano a la entrada.

En un tiempo posterior t2, el perfil

o la zona de transferencia de

masa donde ocurre la mayor parte del

cambio de la concentracin, se ha desplazado ms lejos

dentro del lecho.

En la entrada, el slido est casi saturado y su concentracin

permanece casi constante hasta la

zona de transferencia de masa, donde

desciende rpidamente hasta

casi cero.

La diferencia de las concentraciones es la fuerza que impulsa la transferencia de masa.

CONCENTRACION DE LA CURVA DE AVANCE


CAPACIDAD DE LA COLUMNA Y EL MTODO DE DISEO PARA SU AUMENTO

DE ESCALA


El ancho y la forma de la zona de transferencia dependen:

De la isoterma de adsorcin

La tasa de flujo

La tasa de transferencia de masa hacia las partculas

Difusin en los poros

Cuando el lecho completo alcanza el equilibrio con la

alimentacin, es proporcional al rea entre la curva y una

lnea en C/C0= 1


DE ESCALA


Determinacin de la capacidad de una columna a partir de la curva de avance.

Donde tt es el tiempo equivalente a la capacidad total


DE ESCALA


Donde tu es el tiempo equivalente a la capacidad utilizable o el tiempo en el cual la

concentracin del efluente alcanza su mximo nivel permisible.

HB es la longitud del lecho utilizada hasta el punto de ruptura.

HUNB es la longitud del lecho no usado

MODELOS BSICOS PARA PREDECIR LA ADSORCIN


Ad

sorb

en

tes

Datos de laboratorio

Capacidad de la columna y el mtodo de diseo para

aumento de escala

Un lecho fijo o empacado consta de un tubo cilndrico vertical lleno o

empacado con partculas adsorbentes

MODELOS BSICOS PARA PREDECIR LA ADSORCIN


Balance de materia del soluto en estado no estacionario en el fluido para una seccin de longitud dz del lecho

Fuente: operaciones unitarias en ingeniera qumica. McCabe

VARIABLES DE PROCESO Y CICLOS DE ADSORCIN


Procesos de adsorcin

Sistema cclico por lotes

Se saturaSe regenera alternativamente

Sistema de flujo continuo

Flujo continuo de una contracorriente de adsorbente hacia un flujo de alimentacin



Sistema de adsorcin cclico por

lotes

Ciclo de oscilacin de temperatura Se regenera calentndolo con serpentines de vapor dentro de l, o con una corriente de gas de purga caliente. Pocas horas

Ciclo de oscilacin de presin Reduciendo la presin a temperatura esencialmente constante y luego purgando el lecho a baja presin con una pequea fraccin de la corriente del producto. Ciclo muy corto

Ciclo de remocin con gas de purga inerteHaciendo pasar un gas inerte o que no se adsorbe a travs del lecho. Algunos minutos.

Ciclo de desplazamiento y purga La presin y la temperatura se mantienen esencialmente constantes, se utiliza un gas o un lquido que se adsorbe con ms fuerza que el adsorbato. Pocos minutos.



Sistema de flujo continuo

Fuente: operaciones unitarias en ingeniera qumica. McCabe

GRACIAS!

ANA GASTELBONDO B.

MAURO FUENTES M.

MARIA CAMILA PETRO M.

FELIX CAUSIL M.

Operaciones Unitarias II -Ing. De Alimentos- Facultad de IngenieraUniversidad de Crdoba

INTRODUCCIN

APLICACIONES DE LA ADSORCIN

Antigedad y siglo XV

Agua tratada con carbn de madera (MEJOR)

Capacidad de ciertos materiales para eliminar el color de disoluciones.

Siglo XVIII

Comercializacin (carbn de hueso para decolorar disoluciones de azcar)

Industrialmente

Alemania por Bayer AG (Rousseau, 1987) etanol e hidrocarburos

Union CarbideCorporation (Rousseau, 1987) alcohol y benceno

Operacin de separacin con fines prcticos.

Competitiva Rectificacin Extraccin Absorcin

Purificacin del agua

Desmineralizar lquidos

azucarados y jarabes

Control de acidez

Control de olorControl de

sabor

Control del contenido en

sal del alimento

Aislar o purificar

aditivos o componentes de alimentos

Extraccin de humedad

del aire comprimido

APLICACIONES MS CONOCIDAS EN EL MUNDO INDUSTRIAL


Algas marinas como solucin a la contaminacin de compuestos fenlicos.Atribuyendo a alginatos y fucoidanos, la base de su potencial biosorbente.

Pasar

Aire comprimido a travs de un lecho de almina activa.

Saturacin del lecho

Sometiendo a presin el gas o aire.

Regeneracin del lecho

Soltando al exterior el aire comprimido y haciendo pasar una corriente de aire presecado a travs del lecho.

EXTRACCIN DE HUMEDAD DEL AIRE COMPRIMIDO


Lo habitual es encontrar secadores de adsorcin en forma de doscolumnas y mientras una adsorbe, la otra es regenerada por elmismo aire seco de la columna anterior. Este sistema se conocecomo pressure swing o PSA

L VENTAJAS Y DESVENTAJAS


Ventajas

Alta selectividad para algunos compuestos.

Bajo costo

Facilidad de operacin

Simplicidad de diseo

Alta eficiencia

Biodegradabilidad y capacidad para concentrar los colorantes

Elimina no slo los diferentes tipos de colorantes presentes en agua residual, tambin es posible remover otras sustancias presentes en ella.

til para muy diluidos.

Desventajas

Fenmeno superficial.

Necesidad de regeneracin.

Carbn activado

Su funcin como filtro es remover contaminantes del agua

por medio de adsorcin, donde las partculas a filtrar se

adhieren a la superficie de los grnulos del carbn.

.

Su aplicacin se realiza en lechos empacados, tipo columnas,

cargados con grnulos del material adsorbente (carbn

activado) y se bombea, a travs del filtro empacado, elefluente a tratar

Como se aplica el carbn activado

Capacidad de adsorcin depende de:

Presin

Temperatura

Tipo de Contaminante

Tipo de Adsorbente (Grado y Tipo de Carbn).

Dependiendo del tipo de adsorbente se tiene una distribucin del tamao del

poro (radio):

Microporos: 0 2 nm dimetro

Mesoporos: 2 50 nm dimetro

Macroporos: > 50 nm dimetro

Carbn Activado - Poros

Tratamiento terciario de aguas residuales y tratamiento de

aguas servidas.

Tratamiento de agua en procesos industriales, como por ejemplo en la industria qumica,

Industria alimentaria y farmacutica.

Potabilizacin de aguas.

Tratamiento de emisiones atmosfricas.

Purificacin de aire y gases.

Aplicaciones industriales del carbn activado

Condiciones operativas del carbn activado

La tecnologa de adsorcin utilizando carbn activado es altamente

eficiente, alcanzando remociones del orden de 95-99%.

Ventajas

Especial para remocin de mal olor, sabor o color desagradable.

Remueve plaguicidas y compuestos orgnicos voltiles. Gran capacidad de remocin. Econmicos.

Fciles de operar y mantener.

Su uso es ampliamente usado.

Desventajas

Mantenimiento frecuente.

Esta tecnologa no destruye los contaminantes y

eventualmente se requiere

de otra

Tecnologa que si lo haga.

Generan residuos que deben ser dispuestos en

vertederos controlados.

APLICACIONESAPLICACIONES


REFINACIN DE ACEITES( Blanqueo)


REFINACIN DE ACEITES ( Blanqueo)


REFINACIN DE ACEITES



TIERRAS DE BLANQUEO

Arcillas o materiales inorgnicos con gran poder adsorbente (decolorante)

Bentonita tierra fuller carbn activado, o silica amorfa



TIERRAS DE BLANQUEO

Estos minerales son purificados y activados por medio de tratamientos cidos originando un cambio en la estructura cristalina y un aumento en su rea superficial y capacidad de adsorcin (Rossi et al., 2003)



Operaciones

anteriores

Adiciones

Neutralizacin

fosftidos residuales, partculas

metlicas, jabones, fosfolpidos,

clorofilas, carotenos, productos

de oxidacin y pro-oxidantes y

pigmentos (no contaminantes)

responsables del color original del

aceite.

Fraccionamiento DS


CONDICIONES DE PROCESO (BLANQUEO)

Las condiciones de proceso para el blanqueo dependen del tipo de aceite crudo, su calidad y el uso final para el aceite terminado.

El tono verdoso, que proviene de la clorofila, tiene que ser completamente eliminado para asegurar la estabilidad oxidativa.

Normalmente, aumentando la cantidad de tierra de blanqueo permite que ms contaminantes sean removidos del aceite

cantidades excesivas de gomas

MATERIAS PRIMAS PARA LAELABORACIN DE CARBN ACTIVADO

Carbones Minerales

- Antracitas

- Hulla bituminosa

- Lignita

- Turba

Carbones Vegetales

- Madera (pino,acacia)- Residuos de madera- Cscara de coco- Bagazo- Huesos de frutas

PROCESOS DE ACTIVACIONPROCESO FSICO

Carbonizar Expulsar Exponer

PROCESO QUMICO

DeshidratarAgentes qumicos

CINTICA DE LA ADSORCIN

DOSIS DE CARBONVs.

% DE IMPUREZAS REMOVIDAS Equilibrio

Afinidad

Solubilidad

Un carbn activado normalmente adsorbe entre un 10 y60% de su peso en impurezas.

TAMAO DE PARTCULA

La filtrabilidad dependedel tamao de lapartcula y de ladistribucin de tamaode partculas.

Una distribucinuniforme de tamao departculas esfundamental para unabuena filtrabilidad.

CMO SELECCIONAR EL CARBN ACTIVADO?

ndice de yodo.- medida indirecta para determinar el nmero demicroporos. Rango ptimo : 600 1200 mg/gr de carbn activado.

ndice de melaza.- medida indirecta para determinar el nmero deporos medios o mesoporos, es un nmero adimensional, Su valoroscila entre 170 y 200.

ndice de azul de metileno.- es otra medida indirecta para determinarel nmero de macroporos.

MTODOS PARA EVALUAR RESULTADOS

GRACIAS!

adsorción

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