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Operaciones Unitarias II
Experimentos de Adsorción Dinámica y en Equilibrio.
Nidia Aracely Cisneros Cárdenas12 de Junio del 2014.
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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
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ContenidoIntroducciónAntecedentes teóricosProcedimiento experimentalResultados y DiscusiónConclusiones
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Introducción
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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
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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).
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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.
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Antecedentes teóricos
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Figura 1. Concentraciones de entrada y salida de avance.
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La ecuación diferencial parcial que representa el comportamiento dinámico de la columna se obtiene mediante un balance de masa de soluto para el flujo.
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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:
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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:
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La solución se obtiene por integración numérica a través del método de Klinkenberg (ec. 6).
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Gráfica de la función error, erf(x).
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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.
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El tiempo estequiometrico teórico, tst, se calcula de la siguiente manera:
El tiempo estequiometrico experimental, tst, puede ser calculado de la siguiente manera:
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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.
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Procedimiento experimental
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Químicos, adsorbente y equiposLos químicos, materiales y las
características del equipo están en la siguiente lista.
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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.
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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:
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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.
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Figura 3. Esquema de la configuración experimental.
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Seguridad
• CV• Etanol
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Resultados y Discusión
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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.
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Figura 4. Isoterma de adsorción del CV en las microesferas de vidrio a 30ºC. La línea representa el ajuste a la isoterma de Langmuir.
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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.
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Figura 5. Curvas de ruptura experimental y simulada; o datos experimentales; O modelo propuesto; O - - modelo Klinkenberg; - - - ruptura ideal al tiempo t=tst.
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Por lo tanto la eficiencia de la columna es 55.5%.
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Conclusiones
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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.
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Gracias por su atención