Adsorcion De Gases Por Carbon Activado.ppt.docx

I.TITULO ADSORCION DE GAS CON CARBON ACTIVADO PARA LA REMOCION DE COVs Y H2S 1.1. Investigadores responsables: Deledesma Julca César Julio – Estudiante EPIS/FCAM – UNASAM – [email protected] Huayta Velasques Elsa - Estudiante EPIS/FCAM – UNASAM – [email protected] Soto Sanchez Juan - Estudiante EPIS/FCAM – UNASAM – UNASAM – [email protected] 1.2. Colaborador Huamán Carranza Martin – docente de operaciones unitarias en Ingenieria Sanitaria/FCAM – UNASAM. II. RESUMEN La contaminación atmosférica es uno de los problemas ambientales más importantes. Las causas que originan esta contaminación son diversas y pueden tener su origen por la acción del hombre (antropogénico) o bien por causas naturales (telúrico). Con frecuencia la contaminación natural ocurre en cantidades mayores que la producida por las actividades humanas, sin embargo, esta última es de mayor impacto y representa una amenaza más significativa. La emisión de contaminantes gaseosos a la atmosfera provoca una serie de impactos ambientales apreciables a diversas escalas tales como la lluvia acida, contaminación fotoquímica, efecto invernadero, etc. Además de estos efectos pueden generarse compuestos nocivos para las vías respiratorias y producir olores que afecten a la calidad de vida de las personas por causar molestias e incluso poner en peligro directamente la salud. III. INTRODUCCION Los olores representan uno de los problemas más complejos relacionados con la contaminación del aire. La nariz del hombre es capaz de detectar cantidades minúsculas de algunas sustancias en el intervalo de ppm y ppb (Ortengraf 1986). Los compuestos más comunes responsables del mal olor de dividen en cuatro categorías (Manero 1997): 

Compuestos con Nitrógeno: Amoniaco (NH3)y aminas.



Compuestos Sulfurados: Sulfuro de Hidrogeno (H2S) y otros.



Ácidos volátiles grasos.



Aldehídos, Cetonas e Esteres.

Son numerosas las actividades industriales potencialmente generadoras de olores: tratamiento de aguas residuales urbanas (E.D.A.R.), tratamiento de subproductos de origen animal, procesado de pescado y conservas, fábricas de harina de pescado, tratamiento de residuos sólidos urbanos, etc. Las fuentes de generación de olores por emisiones de H2S destacan las plantas depuradoras de aguas residuales, se debe fundamentalmente al metabolismo en ambiente anaerobio de los sulfatos presentes en el agua residual por bacterias sulfatoreductoras, para reducir la emisión de olores de las PTAR, los tanques que contienen los lodos o las aguas residuales se cubren y se ventilan mediante un sistema de extracción para eliminar los compuestos responsables del mal olor. Existen distintas tecnologías físico – químicas y biológicas, para contrarrestar la problemática de la contaminación de emisiones gaseosas y una de ellas es el tratamiento de efluentes gaseosos con carbón activado. La importancia del uso extensivo del carbón activado en el tratamiento final de emisiones gaseosas y efluentes industriales contaminados, radica en su gran área superficial, su alta capacidad de adsorción y que puede ser diseñado para funciones específicas. IV. DISEÑO METOLOGICO: 4.1. Fundamentación: 4.1.1. LEGISLACION NACIONAL: La legislación ambiental juega un papel importante en la reducción de emisión de contaminantes de efluentes gaseosos (Giordan, 2002). El miércoles 07 de junio del 2017 se publicó en el peruano Decreto supremo N° 003-2017MINAM, (ECA) para aire y establecen disposiciones complementarias. Del Considerando que el numeral 22 del artículo 2 de la Constitución Política del Perú establece que toda persona tiene derecho a gozar de un ambiente equilibrado y adecuado al desarrollo de su vida. Artículo 1. Aprobación de los estándares de Calidad Ambiental para Aire.

Artículo 2. Estándares de Calidad Ambiental para Aire como referente obligatorio. 2.1 Los ECA para Aire son un referente obligatorio para el diseño y aplicación de los instrumentos de gestión ambiental, a cargo de los titulares de actividades productivas, extractivas y de servicio. 2.2 Los ECA para Aire, como referente obligatorio, son aplicables para aquellos parámetros que caracterizan las emisiones de las actividades productivas, extractivas y de servicios.

Figura Índice de las emisiones globales de CO2 por sectores 2000 – 2030.

Fuente: http://bdigital.unal.edu.co/50090/1/1088249856.2015.pdf Tabla 01 Estándares de Calidad Ambiental para Aire

Fuente: Diario el Peruano, Normas Legales, Decreto Supremo N° 003-2017-MINAM.

4.1.2. EMISIONES GASEOSAS: Las emisiones gaseosas son de las más nocivas para el planeta, puesto que el gas va a la atmosfera donde se acumula y cuando llueve cae al suelo.

En el caso de que pueda

producir una reacción con el ozono, como los CFCs, se promueve la destrucción de esta, que permite el paso de los rayos solares directamente a la tierra y produce el aumento de la temperatura terrestre. Tabla Características y principales fuentes de los contaminantes más importantes.

Fuente: 4.1.3. CARBON ACTIVADO El carbón activado es un material que presenta una estructura porosa polidispersa con diferentes taños y formas.

Las porosidades de acuerdo al taño se definen como

microporos (diámetro menor a 2 nm), mesoporos (diámetro entre 2 nm y 50 nm) y macroporos (diámetros superiores a 50 nm), se asume que los microporos ocupan el 95% de la superficie del carbón activado y son los que determinan la capacidad de adsorción dependiendo de la molécula del adsórbalo sea lo suficientemente pequeña para entrar a ellos; el carbón activado microporosos se caracterizan por área superficiales entre 800 y 1500 m 2/g.

Los mesoporos pueden corresponder al 5% de la superficie y pueden ser de interés al emplearse en aadsorcion de moléculas de mayor tamaño; finalmente los macroporos son estructuras que existen en el carbón y actúan como conductos de pasaje entre el absorbato y los microporos y mesoporos. Figura Forma física del Carbon Activado.

Fuente: https://www.carbotecnia.info/encyclopedia/que-es-el-carbon-activado/

4.1.4. ISOTERMAS DE ADSORCION Si en un sistema de adsórbalo-adsorbente se mantiene constante la temperatura, la cantidad en el equilibrio adsorbida por el adsorbente es función de la presión, por lo tanto los datos experimentales del sistema pueden presentarse en una isoterma de adsorción; para el caso de adsorción en fase gaseosa, la isoterma se grafica como la cantidad de sustancia adsorbida en función de las presiones parciales (P/Po) del adsorbato.Dependiendo el tipo de adsorbatoadsorbente y las interacciones intermoleculares, se identifican 6 formas diferentes de isotermas, clasificadas por la IUPAC como:

Figura Clasificación IUPAC para isotermas de adsorción.

Fuente: Carmody, Frost, & XI, 2007 Tipo I: adsorción monocapa para adsorbentes microporosos con área superficial pequeña, común en quimisorcion. Tipo II: adsorción multicapa para adsorbentes macroporosos o no porosos que presentan fuertes interacciones adsorbato-adsorbente, común en la fisisorcion. Tipo III: adsorción en adsorbentes macroporosos o no porosos que presentan débil interaacion adsorbato-adsorbente y fuerte adsorbato-adsorbato. Tipo IV: presentan histéresis asociada a la condensación capilar en mesoporos. Tipo V: presenta débil interacción adsórbalo-adsorbente en adsorbentes con mesoporos. Tipo VI: adsorción multicapa en superficies uniformes.

En la figura 1 se muestran los rangos de concentración y de flujo de aire en los cuales se aplican las distintas tecnologías existentes (Kosteltz el al., 1996 Delhomenie and Heitz 2005). Aquí podemos observar que el método de tratamiento de efluentes gaseosos con carbón activado es eficiente para grandes volúmenes de emisiones con altas concentraciones de contaminante.

Figura 01 Tecnologías para el tratamiento de emisiones gaseosas

Fuente: Viabilidad de un proceso para la eliminacion conjunta de H 2S Y NH3 contenido en efluentes gaseosos, Martin Ramirez Muñoz, junio 2007.

4.1.5. ADSORCION La adsorcion es la transferencia selectiva de uno o mas solutos de una fase fluida a particulas solida, los compuestos son eliminados de la corriente gaseosa al transferirse a la superficie solida del adsorbente; estos solidos presentan una alta relacion superficie volumen (Regina, 2006). Existen dos tipos de proceso de adsorcion: adsorcion quimica y adsorcion fisica.En la adsorcion fisica el compuesto es retenido en la superficie del carbon activado por fuerzas electrostaticas debiles de manera que el material puede ser regenerado de forma facil, cosa que no ocurre en la adsorcion quimica donde los enlaces son de tipo fuerte, es por tanto que industrialmente el empleo de la adsorcion fisica es mayoritario. La principal desventaja de esta tecnica es la saturacion del adsorbente despues de un tiempo de operación determinada, siendo necesario su regeneracion y deposicion finallll (Devinny et al., 1999).

Los adsorbentes mas utilizados son el carbon activo, silica gel, zeolita, resinas

sinteticas, etc. El carbon activo es el mas utilizado para la eliminacion de H2S y VOC, se trata de adsorbentes no polar, por lo que los hidrocarburos son preferentemente adsorbidos antes que los compuestos polares como el H2S. Para la regeneracion del carbon activo se suele emplear una corriente de vapor, que provoca el desplazamiento de los compuestos adsorbidos del soporte, esta corriente es condensada a la salida para su posterior tratamiento, pero cuando

se trata compuestos de alto peso molecular se hace dificil la desadsorcion debiendose reemplazar el soporte. Figura 02 Control de gases y vapores, tratamiento de efluentes gaseosos por adsorcion.

Fuente: Gestion de efluentes gaseosos, Justina Garro.

4.1.6. PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS DEL CARBON ACTIVADO Las propiedades físicas y químicas del carbón activado depende tanto de la materia prima como de las condiciones de activación, es decir, la temperatura y el tiempo de duración del proceso. Se ha demostrado que los carbones obtenidos a partir de diferentes materiales tienen la estructura material orgánico original, y por lo tanto también la cantidad y distribución del tamaño de los poros desarrollados dentro de la partícula del mismo. Las imperfecciones estructurales en el carbón activado producen numerosos sitios reactivos, de tal manera que las superficie de los poros y de la partícula se componen principalmente de oxígeno y contienen grupos funcionales localizados preferentemente en los bordes de los anillos incompletos de carbón. No se conoce con precisión la naturaleza de estos óxidos superficiales, pero se han sugerido los siguientes:      

Acido carboxílico Hidroxilo fenólico Grupos carbonilo tipo quinona Lactonas normales y de fluoroceina Anhidruros de ácido carboxílico Per oxidos cíclicos

Es importante tener en cuenta que el termino carbón activado comprende toda una familia de substancias.

Ninguno de los miembros de esta familia se caracteriza por una formula

estructural definida y la única base para su diferenciación es por medio de su capacidad de adsorción y de sus propiedades catalíticas. 4.1.7. FABRICACION DEL CARBON ACTIVADO Para la fabricación del carbón activado se han utilizado una gran variedad de materiales como madera, hueso, cascara de coco, plásticos, huesos de durazno, llantas, carbones bituminoso, azúcar y sangre, entre otros. El material producido tiene una gran área superficial y el tamaño de sus poros puede variar considerablemente. Los poros se clasifican según su tamaño de la manera siguiente: Tabla Tipo de poros

Tipo de poros Macroporos Mesoporos Microporos

Diámetro del poro 500 - 20 000 A° 100 - 500 A° 8 - 100A°

Los poros pueden ser de sección circular o rectangular o tener una gran variedad de formas irregulares. De acuerdo con McDougal (1111986), los macroporos contribuyeren poco al área interna total del producto y dependen principalmente de la materia prima utilizada para su fabricación. La principal función de los macroporos es servir como un conducto de transporte para que la parte interna se ponga en contacto con las especies que serán adsorbidas. Los mesoporos contribuyen con un 5% del área interna total, mientras que los microporos con cerca del 95%. El primer paso empleado en el proceso de la producción del carbón activado es una carbonización por calentamiento en una atmosfera inerte, a una temperatura de 700°C o menor, para deshidratar el material y remover los compuestos volátiles. Es deseable un contenido de carbón fijo de 80% o más en el producto de esta etapa. En la siguiente etapa el carbón se activa por calentamiento entre 800 y 1000 °C en presencia de vapor de agua, dióxido de carbono o una mezcla de ambos. Durante

la

activación,

la

porción reactiva del esqueleto del carbón se quema como CO y CO2, dependiendo del agente utilizado.

Para el proceso de activación, las reacciones del carbón con el vapor y dióxido de carbono son de naturaleza endotérmica:

Mientras que la reacción del carbón con aire es demasiado exotérmica:

Esta reacción es difícil de controlar, por lo que puede ocurrir un quemado excesivo de la superficie del carbón, lo que ocasiona una disminución en el tamaño promedio de la partícula. La reacción del carbón con vapor se cataliza en presencia de ciertos compuestos químicos, como por ejemplo óxidos y carbonatos de metales alcalinos, hierro, cobre y otros metales. En resumen, para la producción del carbón activado se debe conducir el proceso de activación en forma tal que la combustión del material ocurra internamente y no en la parte exterior de los granulos. Aunque es una costumbre que la carbonización y la activación se efectúen por separado, en la actualidad existe la tendencia de llevar a cabo estos pasos de manera simultánea, lo que ha provocado grandes innovaciones en los equipos de fabricación. 4.2. Consideraciones Previas El presente trabajo de investigación el procedimiento está basada en el proceso de fabricación de equipos e instrumentos para el tratamiento de efluentes gaseosos con carbón activado de la

compañía

3P

INSTRUMENTS

GMBH

&

CO.

KG

(https://www.3p-

instruments.com/measurement-methods/&prev=search). Para lo cual nos vamos a basar en el diagrama en bloques para el tratamiento convencional de efluentes gaseosos con carbón activado:

Fuente: Ministerio de la producción Argentina-tratamiento de efluentes gaseosos, Justina Garro. Para lo cual

PROCESO DE ADSORCION El proceso de adsorción tiene lugar en cuatro estados sumamente definidos; transporte de la solución, difusión en la zona intermedia, transporte de poros en la superficie y por último la adsorción. Definición grafica de adsorción en una partícula de carbón activo

Fuente: Diseño de un sistema de tratamiento terciario de efluentes de la industria textil basado en la Adsorción de colorantes, Eugenia Aymat, Barcelona, 2017.

La adsorción puede acontecer en todas las capas de las superficies del carbón activo, desde las más superficiales hasta las más internas, aunque se suele acumular más material en el interior de la partícula, dado que su superficie es mayor. El proceso de adsorción ocurre en un a serie de pasos, cuando el ratio de adsorción equivale al de desorción se ha identificado el ratio limitante del carbón activo, se habrá llegado al equilibrio y a la capacidad máxima del adsorbente, se puede predecir la capacidad máxima de adsorción teorica para un contaminante concreto mediante las isotermas de

BIBLIOGRAFIA: Viabilidad de un proceso para la eliminacion conjunta de H2S Y NH3 entenido en efluentes gaseosos, Martin Ramirez Muñoz - UCA - España - junio 2007. REFERENCIAS ELECTRONICAS: https://docplayer.es/61832471-Gestion-de-efluentes-gaseosos.html https://www.recercat.cat/bitstream/handle/2072/3575/projecte%20c6-c11.pdf?sequence=6 http://www.bvsde.paho.org/bvsacd/cd48/tegucigalpa.pdf http://www.europe-environnement.com/wp-content/uploads/2016/11/CMI-EE-Fiche-TCA-FR.pdf https://ddd.uab.cat/pub/tfg/2016/168385/TFG_Capsule_cap06.pdf https://www.carbotecnia.info/encyclopedia/que-es-el-carbon-activado/ http://www.aidic.it/cet/16/55/014.pdf

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