Este documento trata sobre la adsorción como proceso de separación en ingeniería ambiental. Explica los conceptos básicos de la adsorción, los tipos de adsorbentes industriales como las zeolitas y el carbón activo, y las aplicaciones de la adsorción como la desulfuración de gas natural y la eliminación de contaminantes de aguas. También describe los modelos isotermos de Langmuir y Freundlich para representar la capacidad de adsorción de los sólidos.

1. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
TEMA 5. Adsorción
1. Introducción
2. Adsorbentes industriales
3. Aplicaciones de la adsorción en Ingeniería
Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción
4.1 Isoterma de Langmuir
4.2 Isoterma de Freundlich
Tema 5. Adsorción

2. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1. Introducción
Adsorción física Adsorción química
 Fuerzas de van der Waals
 Carácter exotérmico (1-10
kcal/mol)
 Rápida
 Reversible
 Formación de multicapas
 Ocurre en todos los sólidos y
en toda su superficie
 Poca selectividad
 Dependencia lineal con T
• Enlaces químicos
• Carácter exotérmico (10-100
kcal/mol)
• Lenta
• Irreversible
• Sólo monocapa adsorbida
• Ocurre en ciertos sólidos y en
determinados puntos
• Gran selectividad
• Dependencia exponencial con
T (Arrhenius)
La adsorción es una operación de separación en la que
ciertos componentes de una fase fluida se transfieren
hacia la superficie de un sólido, donde quedan unidos
mediante fuerzas de naturaleza física (débiles) o bien
mediante verdaderos enlaces químicos.
Tema 5. Adsorción

3. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 5. Adsorción
Proceso de decoloración por adsorción
1. Introducción

4. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1. Introducción
Tema 5. Adsorción
ADSORCIÓN POR CICLOS

5. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1. Introducción
Tema 5. Adsorción
ADSORCIÓN CONTINUA

6. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
1. Introducción
Ventajas de la adsorción como operación de separación
Frente a la destilación
Pueden separarse componentes con volatilidad relativa
menor o igual a 1,2-1,5. Por ejemplo, la separación de
isómeros es mucho más fácil mediante adsorción con
zeolitas.
Si se trata de separar grupos de componentes que
presentan rangos de puntos de ebullición que se solapan,
sería preciso utilizar varias columnas de destilación, con el
consiguiente aumento de los costes
El producto de interés está en concentración relativamente
baja. En estas condiciones se necesitaría una relación de
reflujo muy elevada en destilación, lo que provocaría un
gran aumento en los costes energéticos.
Bajo consumo energético
Gran flexibilidad de elección del adsorbente
Elevada selectividad
Tema 5. Adsorción

7. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
2. Sólidos adsorbentes
Arcillas activadas
Alúmina
Carbón activo
Mallas moleculares: zeolitas
Sílica gel
Sólidos cristalinos microporosos en los que existen cavidades en
las que pueden adsorberse moléculas de determinadas
sustancias, dependiendo de las dimensiones de las cavidades.
Tienen gran interés industrial como adsorbentes y catalizadores.
Canales
Tema 5. Adsorción
 Forma granular: 50 μm- 12 mm
 Resistentes, escasa caída de presión, fluyen con facilidad, etc.
 Elevada superficie específica (1 millón m2/kg)
Adsorbentes
industriales

8. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
3. Aplicaciones de la adsorción en
Ingeniería Ambiental
En la industria alimentaria:
Decoloración en la industria azucarera
Decoloración de aceites en la refinación
En Ingeniería Ambiental:
Desulfuración del gas natural (eliminación del H2S)
Eliminación de agua de efluentes gaseosos (secado)
Eliminación de olores e impurezas desagradables de
gases industriales como el dióxido de carbono o del
aire
Recuperación de compuestos orgánicos volátiles
(acetona) de corrientes gaseosas
Procesos de potabilización de aguas:
- Control de sabor y olor
- Eliminación de microcontaminantes
- Eliminación de exceso de desinfectante (cloro, ozono)
Depuración de aguas residuales: tratamiento terciario
Tema 5. Adsorción

9. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Equipos de adsorción
Tema 5. Adsorción

10. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción
Diseño de un
proceso de
adsorción
Selección del
adsorbente
Transferencia
de materia
Capacidad de adsorción de
soluto que tiene el sólido
El fluido que contiene el soluto o adsorbato se
hace pasar por el sólido adsorbente a T cte y se
mide la concentración de adsorbato a la salida
ISOTERMA DE ADSORCIÓN
Relación de equilibrio entre la concentración de
adsorbato en la fase fluida y la concentración en las
partículas de adsorbente a una temperatura determinada
Tema 5. Adsorción

11. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
ISOTERMA DE ADSORCIÓN
Representación gráfica de la cantidad de soluto adsorbido
(g de adsorbato/g de adsorbente) frente a la concentración
de adsorbato en la fase fluida (en mg/l o ppm, para líquidos
o en fracción molar o presión parcial para gases ).
Clasificación de Brunauer para las isotermas de adsorción
q
c
q
c
q
c c c
qq
Tipo I Tipo II
Tipo III Tipo IV Tipo V
Langmuir BET
Tema 5. Adsorción

12. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
a. Todos los sitios del sólido tienen igual actividad para la
adsorción
b. No existe interacción entre las moléculas adsorbidas
c. Cada unión adsorbato-adsorbente tiene la misma
estructura y sucede por el mismo mecanismo
d. Cada sitio o poro del sólido puede albergar una sola
molécula de adsorbato
4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa
q: g adsorbato/g adsorbente
qo: máxima cantidad de adsorbato que
puede adsorberse por g adsorbente
K: cte de equilibrio de adsorción
p: presión parcial del adsorbato
Dos casos extremos:
Bajas presiones q = qo K p
Altas presiones q = qo
Tema 5. Adsorción
o
K pq
q =
1 + K p

13. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
o
K pq
q =
1+ Kp o o
p 1 1
= + p
q Kq q
p/q
p
Tema 5. Adsorción
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
4.1 Isoterma de Langmuir: adsorción en una sola capa
o
1
Kq
o
1
q

14. Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
4. Modelos isotermos de adsorción (cont.)
4.2 Isoterma de Freundlich
a = k p1/n
log a = log k + (1/n) log p
a: Volumen de gas adsorbido por unidad de
masa de adsorbente, m3/kg
p: Presión del gas
k y n: Parámetros característicos del
adsorbente y adsorbato (n>1)
log a
log p
Tema 5. Adsorción
log k
1
n