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Operaciones Unitarias II

Experimentos de Adsorción Dinámica y en Equilibrio.

Nidia Aracely Cisneros Cárdenas12 de Junio del 2014.

Experimentos de Adsorción Dinámica y en EquilibrioAutores:Daniel L. A. Fernandes

Departamento de Química, Universidad de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal

Ana M. R. B. Xavier

Departamento de Química, Universidad de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal

Inês Portugal, Francisco A. Da Silva, and Carlos M. Silva

Departamento de Química, Universidad de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal;

Revista: Journal of Chemical Education, Volumen 82 No. 6, Año: 2005, Páginas: 919- 923

ContenidoIntroducciónAntecedentes teóricosProcedimiento experimentalResultados y DiscusiónConclusiones

Introducción

En la adsorción se transfiere el soluto de la

fase líquida a partículas sólidas suspendidas

en una columna.

El proceso de adsorción tiene una amplia

gama de aplicaciones, desde purificaciones

a separaciones a gran escala:

• Capacidad

• Punto de vista económico

En tratamiento de residuos y procesos ambientales, el proceso de adsorción de basa en la capacidad de reducir o aumentar la concentración.

Es una alternativa importante para la destilación.

El artículo presenta un experimento de bajo costo. El sistema consta de

- Microesferas de vidrio- Soluciones acuosas de un colorante orgánico,

Cristal Violeta (CV).

Objetivos:1. Determinar la isoterma de adsorción.

2. La medición de los parámetros de las curvas de ruptura.

3. La simulación dinámica de la columna, usando modelos aproximados y exactos.

Antecedentes teóricos

Figura 1. Concentraciones de entrada y salida de avance.

La ecuación diferencial parcial que representa el comportamiento dinámico de la columna se obtiene mediante un balance de masa de soluto para el flujo.

Hay una resistencia externa o película de transferencia de masa que rodea cada microesfera de vidrio.

La acumulación de CV en las esferas de vidrio está dada por la siguiente ecuación:

Donde:

Para este sistema, el equilibro encontrado entre q y Cs puede ajustarse y ser representado por la isoterma de Langmuir

Las condiciones iniciales y límite del problema son las siguientes:

La solución se obtiene por integración numérica a través del método de Klinkenberg (ec. 6).

Gráfica de la función error, erf(x).

Figura 2. Frente de concentración del soluto: perfiles de concentración y la curva de ruptura correspondiente: MTZ es la zona de transferencia de masa, tbp es el punto de ruptura, y tst es el momento estequiométrico.

El tiempo estequiometrico teórico, tst, se calcula de la siguiente manera:

El tiempo estequiometrico experimental, tst, puede ser calculado de la siguiente manera:

Hay una longitud del lecho no utilizado (LUB) para la separación, debido a la amplitud del frente de concentración no todo el adsorbente está en equilibrio con la corriente de alimentación a lo largo del lecho.

Procedimiento experimental

Químicos, adsorbente y equiposLos químicos, materiales y las

características del equipo están en la siguiente lista.

Isotermas de adsorción

Diferentes volúmenes precisan de una solución madre CV que se añaden a cuatro matraces y se llenan con 500 cc con agua destilada, lo que resulta en concentraciones en el rango de 1.2x10-3 - 1.2x10-2 mol/m3. Muestras ponderadas con precisión de microesferas de vidrio (~100 g) se añaden a cada matraz.

Posteriormente se tapan para colocarse en un baño de agua a 30ºC con agitación mecánica durante 24 hrs.

Después de este período, la absorbancia de las soluciones se mide a 590 nm; la curva de calibración del espectrofotómetro a 30 º C es:

Curvas de ruptura

El aparato experimental para la medición de avance se muestra en la Figura 3. Cuando la columna alcanza el equilibrio a la concentración de la alimentación, la alimentación se cambió a etanol / agua (1:1) para la desorción. Las condiciones experimentales para la medición de avance se enumeran en la Tabla 1.

Figura 3. Esquema de la configuración experimental.

Seguridad

• CV• Etanol

Resultados y Discusión

Isoterma de Adsorción

La isoterma de adsorción a 30ºC se muestra en la Figura 4. Los puntos representa los datos experimentales y las líneas son el ajuste de la isoterma de Langmuir, cuyos parámetros son qm= 0.044511 mol/m3 y K= 432.75 m3/mol.

La isoterma linealizada para ser utilizada con el modelo aproximado de Klinkenberg es q= 10.50 C.

Figura 4. Isoterma de adsorción del CV en las microesferas de vidrio a 30ºC. La línea representa el ajuste a la isoterma de Langmuir.

Curvas de ruptura

Las curvas de ruptura experimentales se muestran en la Figura 5. Los resultados y los datos necesarios para el cálculo del modelo se encuentran en la Tabla 2.

Figura 5. Curvas de ruptura experimental y simulada; o datos experimentales; O modelo propuesto; O - - modelo Klinkenberg; - - - ruptura ideal al tiempo t=tst.

Por lo tanto la eficiencia de la columna es 55.5%.

Conclusiones

La actividad experimental brinda una introducción en la determinación de la isoterma en equilibrio y el estudio del comportamiento dinámico de una columna de adsorción.

Examinar los resultados obtenidos experimentalmente y las predicciones teóricas hace que entendamos la importancia de esta operación del proceso.

Gracias por su atención