Amortiguador de gas

Los absorbentes de gas se utilizan para eliminar los contaminantes de las corrientes de gas, como el gas flu de un escape. Un absorbedor de gas utiliza una columna que a menudo contiene material de empaque aleatorio o estructurado. Los absorbedores de lecho empacado utilizan corrientes de gas y líquido que fluyen a contracorriente entre sí. El gas contaminante se absorbe en la corriente líquida, lo que reduce el contaminante en el gas de salida. El proceso de absorción depende en gran medida de los parámetros de funcionamiento, que deben estudiarse para optimizar el proceso. Aquí, investigaremos la absorción de dióxido de carbono en el agua y examinaremos cómo los parámetros operativos afectan la separación y la eficiencia del sistema.

Una unidad de absorción de gas utiliza el contacto con un solvente líquido para eliminar la sustancia de una mezcla de gases. La masa se transfiere de la mezcla de gases al disolvente, con las dos fases cerca del equilibrio. A continuación, se produce la separación de la fase líquida gaseosa. Aquí se muestra el balance general de material para el absorbedor, donde V y L son los caudales de vapor y líquido respectivamente, por lo que el balance de material del componente absorbido A incorpora la fracción molar de A en la fase de vapor y líquido. El coeficiente de transferencia de masa global es la velocidad a la que la concentración de una especie se mueve de un fluido a otro. Aquí, KG es el coeficiente de transferencia de masa general, PAG es la presión parcial del gas que se absorbe, P estrella A es la presión de equilibrio de la Ley de Henry, A es el área efectiva de transferencia de masa, Z es la altura del empaque y GS es el caudal molar de gas por sección transversal de la columna. La transferencia de masa depende de los coeficientes de transferencia de masa en cada fase y de la cantidad de área interfasial disponible en el absorbedor. Se aplican la Ley de Henry y la Ley de Raoult para calcular las presiones parciales en equilibrio con las concentraciones de la fase líquida. En el siguiente experimento, se utilizará un absorbedor de gas de columna empaquetada para absorber dióxido de carbono de una corriente de gas en agua. Las corrientes de gas y agua ingresan a la columna desde la parte inferior y superior respectivamente, lo que permite un contraflujo. La composición de dióxido de carbono en la entrada se controla mediante válvulas para dióxido de carbono y aire. Luego se mide la concentración de dióxido de carbono en la salida. Ahora que hemos discutido los conceptos básicos de la absorción de gas, echemos un vistazo a cómo hacer funcionar el aparato en el laboratorio.

El equipo utilizado en esta demostración es una columna de absorción de gas de contraflujo empaquetada. La columna está repleta de monturas de berl de 13 mililitros a una profundidad de lecho de 34 centímetros. Las válvulas a la entrada y salida de la columna permiten la salida del gas, mientras que un espectrómetro infrarrojo se utiliza para medir las presiones parciales de CO2 en la fase gaseosa. Para comenzar el experimento, encienda el interruptor principal y luego cierre la válvula utilizada para controlar la cantidad de agua en la columna. Abra la válvula de flujo de aire por completo y abra la válvula de ajuste para la presión de la columna. Ajuste el caudal de aire al nivel deseado. Use un mínimo de 30 litros por minuto, luego aumente según lo desee. Ajuste la presión de la columna a aproximadamente 0,5 bar utilizando la válvula de ajuste de presión. A continuación, configure el caudal de dióxido de carbono a partir de unos cuatro litros por minuto, luego ajuste el caudal de agua, también a partir de unos cuatro litros por minuto. Ajuste el flujo de agua a lo largo del experimento para mantener un nivel de agua constante en el tanque. Muestree y mida la concentración de dióxido de carbono según lo desee en la base, el centro y la cabeza de la columna utilizando los manómetros en línea. Repite el experimento realizando ocho carreras. Utilice dos caudales de gas, caudales de líquido y concentraciones de dióxido de carbono diferentes, lo que permite la determinación de las variables más importantes del sistema. Asegúrese de permitir que el sistema alcance el estado estacionario cada vez que se altere un caudal.

Ahora que hemos demostrado cómo realizar la absorción de gas, echemos un vistazo a los resultados. Primero, calcule las presiones parciales y las presiones parciales de equilibrio para cada corrido, luego use las presiones parciales para calcular los coeficientes de transferencia de masa. Los valores calculados se muestran aquí como triángulos, mientras que los valores predichos, que se muestran como la línea continua, surgen del cálculo de las líneas operativas y de equilibrio. Los intervalos de confianza para los valores del modelo y el coeficiente medio de transferencia de masa se trazaron con líneas discontinuas. No hubo desviación entre los valores previstos y los reales, lo que demuestra que la columna se encuentra en estado estacionario con equilibrio en la interfaz entre las fases líquida y gaseosa. Ahora, comparemos los coeficientes de transferencia de masa en las mismas condiciones de funcionamiento. Los valores teóricos, mostrados como las líneas verde y azul, mostraron tendencias similares a los datos experimentales. Ya sea que la tasa de gas fuera alta o baja, el modelo y el experimento se comportan de la misma manera, mostrando que el caudal de gas tuvo poco o ningún efecto sobre el coeficiente de transferencia de masa en los rangos examinados.

Por último, veamos algunas aplicaciones de esta tecnología en la industria. Los absorbentes de lecho empacado son el equipo más común utilizado para el control de la contaminación del aire. En estos casos, los absorbedores de gas a menudo se denominan depuradores. Los depuradores se utilizan para eliminar humos corrosivos como el ácido sulfúrico, el ácido nítrico y el ácido clorhídrico de los gases industriales y los respiraderos de las plantas químicas, las refinerías de petróleo y las plantas de pulpa y papel. La operación de eliminar el gas absorbido del solvente se denomina stripping. Los separadores se utilizan a menudo junto con los absorbentes para recuperar el gas absorbido y reciclar el disolvente líquido. Esto es especialmente importante cuando las aguas residuales contienen componentes de nitrógeno y fósforo. Estas aguas residuales solían ser expulsadas directamente a los océanos, sin embargo, esto condujo al crecimiento excesivo de algas, llamado eutrofización, que a su vez dañó gravemente los ecosistemas naturales. Acabas de ver la introducción de Jove a la absorción de gases.

Ahora debería comprender cómo un absorbedor de gas elimina una impureza de una corriente de gas, cómo hacer funcionar un absorbedor de gas en el laboratorio y cómo analizar los datos para comprender la separación. ¡Gracias por mirar!