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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

“ADSORCIÓN” TRANSFERENCIA DE MASA II PI-147A INTEGRANTES:

Ascarruz Márquez, Iván Oliver Ratto Tiburcio, Walter Rodrigo Solano Liberato, Jean Cutter Del Rosario Lecaros, Xaulo

DOCENTE:

Ing. Montalvo Hurtado, Celso Pastor

LIMA – PERÚ 2018

INTRODUCCIÓN La adsorción se utiliza para eliminar de forma individual los componentes de una mezcla gaseosa o líquida. El componente a separar se liga de forma física o química a una superficie sólida. El componente eliminado por adsorción de una mezcla gaseosa o líquida puede ser el producto deseado, pero también una impureza. Este último es el caso, por ejemplo, de la depuración de gases residuales. El sólido recibe el nombre de adsorbente, y el componente que se adsorbe en él se denomina adsorbato. El adsorbente se debería ligar, en lo posible, sólo a un adsorbato, y no los demás componentes de la mezcla a separar. Otros requisitos que debe cumplir el adsorbente son: una gran superficie específica (gran porosidad) y tener una buena capacidad de regeneración. Un adsorbente muy utilizado es el carbón activo. Dado que la adsorción se favorece por temperaturas bajas y presiones altas, para la regeneración, es decir, para la desorción, se emplean temperaturas altas y presiones bajas. De este modo, para la regeneración del adsorbente se puede utilizar, por ejemplo, vapor de agua o un gas inerte caliente.

ABSTRACT The adsorption is used to eliminate individually the components of a gaseous or liquid mixture. The component to separate is linked physically or chemically to a solid surface. The component removed by adsorption of a mixture gaseous or liquid may be the desired product, but also an impurity. The latter is the case, for example, of residual gas cleaning. The solid is called the adsorbent, and the component that is adsorbed in it is called adsorbate. The adsorbent it should be bound, as far as possible, only to an adsorbate, and not the other components of the mixture to be separated. Other requirements that the adsorbent must meet are: a large specific surface (large porosity) and have a good regeneration capacity. A very adsorbent used is active carbon. Since the adsorption is favored by low temperatures and high pressures, for regeneration, that is, for the desorption, high temperatures and low pressures are employed. In this way, for the regeneration of the adsorbent it is possible to use, for example, steam or a hot inert gas.

ADSORCIÓN I.

OBJETIVOS   

II.

Estudiar la operación de adsorción de un componente (azul de metileno) presente en un líquido (agua) en una columna de lecho fijo con carbón activado. Identificar la relación que existe entre la concentración del componente y la absorbancia utilizando la ley de Lambert-beer. Aprender a utilizar el espectrofotómetro. MARCO TEÓRICO Adsorción El fenómeno de adsorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidos en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida Si consideramos una superficie de un material en contacto con aire, los enlaces del material presentan discontinuidades, las cuales tenderán espontáneamente a formar enlaces con la atmósfera que lo rodea, siempre que el proceso sea energéticamente favorable. Dicho de otra manera, si tenemos una superficie sólida con nanoporos, estos poros serán capaces de retener gas de la atmósfera que lo rodea, gracias al fenómeno de adsorción. Los nanoporos son los llamados centros activos del adsorbente, que tienen fuerzas de enlace entre sus átomos que no están saturadas, de manera que admiten la adsorción de átomos o moléculas del gas que lo rodea. El mecanismo exacto del proceso de adsorción depende de qué sustancias estén involucradas. La cantidad de material adsorbido depende de las tasas de adsorción y desorción de la sustancia, y del punto en el cual se alcance el equilibrio entre ambas. Cuanto mayor sea la adsorción y menor se la desorción, hallaremos mayor cantidad de material adsorbido en equilibrio. Tipos de adsorción Podemos diferenciar tres tipos de adsorción, dependiendo de qué tipos de fuerzas existan entre el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas pueden ser de tipo eléctrico, de fuerzas de Van der Waals o de tipo químico.

 Adsorción por intercambio: En este proceso el soluto y el adsorbente se atraen por fuerzas electrostáticas. Dicho de otra manera, los iones del soluto se concentran en la superficie del sorbente, que se halla cargada eléctricamente con signo contrario a los iones

del soluto. Si tenemos dos adsorbatos iónicos iguales en varios factores, pero uno con mayor carga que otro, el de mayor carga será el que se adsorbido. Para adsorbatos con igual carga, el tamaño molecular es el que determina cuál será adsorbido.  Adsorción por fuerzas de Van der Waals: También llamada adsorción física o fisisorción. En este tipo de adsorción, el adsorbato no está fijo en la superficie del adsorbente, sino que tiene movilidad en la interfase. Ejemplo de este tipo de adsorción es el de la mayoría de las sustancias orgánicas en agua con carbón activado. En este tipo de adsorción el adsorbato conserva su naturaleza química.  Adsorción química: Sucede cuando hay interacción química entre adsorbato y adsorbente. También llamada quimisorción. La fuerza de la interacción entre adsorbato y adsorbente es fuerte, casi como un enlace químico. En este tipo de adsorción el adsorbato sufre una transformación, más o menos intensa, de su naturaleza química. La mayoría de los fenómenos de adsorción son combinaciones de estos tres tipos de adsorción, y muchas veces resulta difícil distinguir la fisisorción de la quimisorción. Una de las más importantes aplicaciones del fenómeno de adsorción a nivel industrial, es de la extracción de humedad del aire comprimido. En este proceso se hace pasar el aire comprimido por un lecho de alúmina u otro material activo, que retiene las moléculas de agua por adsorción. Ecuación de Freundlich Si un líquido conteniendo un soluto adsorbible es puesto en contacto con un adsorbente durante un tiempo suficiente, se llega a una situación de equilibrio entre el soluto disuelto en el líquido y el soluto retenido en el sólido. Si al inicio la concentración del soluto es C 0 y el sólido es puro (sin contenido de soluto) tras llegar al equilibrio la solución tendrá una concentración C* expresada por la Ecuación de Freundlich para soluciones diluidas en operaciones isotérmicas: C ∗= k × [v × (𝐶0 − C ∗)]𝑛 Donde: v = Volumen de solución por masa de adsorbente 𝐶0 = Concentración inicial del soluto en la solución, kg soluto/volumen de solución C ∗ = Concentración del soluto en equilibrio, kg soluto/volumen de solución Algunos adsorbentes de amplio uso son los siguientes: Arcillas Activadas: Son silicatos de aluminio hidratados activados mediante tratamiento con ácido sulfúrico ó ácido clorhídrico seguido de lavado, secado y reducido a polvo. Alúmina. Es óxido de aluminio hidratado que se activa por calentamiento. Es muy usado como desecante de líquidos y gases (absorbe la humedad).

Carbón Activado. Es uno de los adsorbentes más usados pues adsorbe una gran variedad de sustancias orgánicas. Se activa por el tratamiento con vapor sobrecalentado a temperaturas por encima de 500ºC. La adición de sustancias que le dan carácter alcalino ó ácido y la preparación a partir de diferentes fuentes orgánicas permite discriminar entre diferentes niveles de adsorción en la decoloración de soluciones, purificación de gases, refinación de aceites, etc. Sílicagel. Es un producto granular muy poroso y de muy alta superficie específica generado por la precipitación como gel del silicato de sodio. Se usa mucho como desecante y en la eliminación de vapores y otros contaminantes orgánicos. Adsorción con carbón activado El carbón activo se produce específicamente para alcanzar una superficie interna muy grande (entre 500 - 1500 m 2 /g). Esta superficie interna grande hace que el carbón tenga una adsorción ideal. El carbón activo viene en dos variaciones: Carbón activado en polvo (PAC) y carbón activado granular (GAC). La versión de GAC se utiliza sobre todo en el tratamiento de aguas, puede fijar las siguientes sustancias solubles por adsorción: El carbón activo se usa por ejemplo en los siguientes procesos:    

Depuración de agua subterránea Decloración del agua Depuración de aguas para piscinas Refinamiento de las aguas residuales tratadas

Factores que influyen en la adsorción de compuestos presentes en el agua:    

El tipo de compuesto que desee ser eliminado. Los compuestos con elevado peso molecular y baja solubilidad se absorben más fácilmente. La concentración del compuesto que desea ser eliminado. Cuanta más alta sea la concentración, más carbón se necesitará. Presencia de otros compuestos orgánicos que competirán con otros compuestos por los lugares de adsorción disponibles. El pH del agua. Por ejemplo, los compuestos ácidos se eliminan más fácilmente a pHs bajos.

Figura 1.Carbón activado

III.

PROCEDIMIENTO 1. Disolver 15 g. de Azul de Metileno en 60 L de agua. 2. Preparar la columna de adsorción, asegurando que todas las válvulas del equipo se encuentran en la posición adecuada. 3. Arrancar la bomba y ajustar el flujo al valor indicado por el profesor. La operación nominal será a 120 lb/h, para pasar el total de la solución preparada en un tiempo total de 30 minutos. Iniciar el cronómetro al arrancar la bomba. 4. Anotar el tiempo transcurrido cuando el líquido empiece a salir por el fondo de la columna. Tomar muestras desde este tiempo y a partir de allí cada minuto durante los primeros 3 minutos, cada dos minutos durante los siguientes 6 minutos y cada 5 minutos a partir de ese tiempo hasta terminar la prueba. 5. Apagar la bomba al terminarse el líquido, prestar atención que la bomba no opere sin líquido. 6. Comparar las muestras contra los patrones de calibración y graficar las curvas de concentración del efluente vs tiempo.

Figura 2 Diagrama del proceso de adsorción