Presentación Clase Pre-grado Adsorción para Ingeniería Química

1. ADSORCIÓN
Universidad Simón BolívarUniversidad Simón Bolívar
Dpto. Termodinámica y Fenómenos de Transferencia
Programa de Ingeniería Química
TF3332 Procesos de Separación II
Prof. MSc. Ing. Rainier Maldonado

2. Adsorción – Definición (I)
Proceso de Separación en el cual ciertos componentes
de una fase fluida (adsorbato) son transferidos
selectivamente a la superficie de un agente sólido
(adsorbente).
Técnica de Separación:
TF-3332
Alimentación
Fase I
Fase II
Técnica de Separación:
Por Agente Sólido

3. Adsorción – Definición (II) TF-3332
Fluido
Fase Sólida: Adsorbente
Adsorbato
Fluido
Fase Sólida: Adsorbente
Adsorbato
Fase Sólida: Adsorbente
Sitio Activo
Fase Sólida: Adsorbente
Sitio Activo
Adsorción Física Adsorción Química (Intercambio Iónico)
Fuerzas de interacción adsorbato-
adsorbente de origen físico (fuerzas de
VdW o dipolo-dipolo).
Adsorción Multicapas.
Calor de adsorción: Exotérmico.(No
necesariamente cierto para adsorción
disociativa).
Se comparte electrones entre moléculas de
adsorbato y adsorbente (reacción química:
enlace covalente).
Adsorción Monocapa.

4. Adsorción –
Consideraciones Cinéticas y de
Transporte (I)
Etapas para adsorción de un soluto sobre la superficie
porosa de un adsorbente:
Transferencia de masa externa (interfase).
Transferencia de masa interna (intrafase) del soluto
por difusión en los poros.
Adsorción del soluto sobre la superficie porosa.
TF-3332
Adsorción del soluto sobre la superficie porosa.
Fluido
Adsorbente

5. Adsorción –
Consideraciones Cinéticas y de
Transporte (II) - Poros
Difusión tipo Knudsen
TF-3332
Difusión tipo Knudsen
Difusión SuperficialDifusión Molecular
(Flujo Viscoso)

6. Adsorción –
Perfiles de Temperatura y
Concentración (I)
Partícula de
Adsorbente
Seno del
Partícula de
Adsorbente
Seno delT
TF-3332
Seno del
FluidoTs
Tb
Cs Cb
Seno del
Fluido
Tb
Cb
Ts
Cs
a b
a- Adsorción
b- Desorción

7. Adsorbentes (I)
Características favorables:
Alta porosidad (alta área superficial).
Tamaño de poros adecuados.
Canales de poros no muy largos (proceso de equilibrio
TF-3332
Canales de poros no muy largos (proceso de equilibrio
no muy prolongado)

8. Adsorbentes (II)
Adsorbentes Comerciales
Desecante,
Purificación de
200-3000.510-75Alúmina
Activada
AplicaciónÁrea
Superficial
Especifica
(m2/m3)
Porosidad de
Partícula
Diámetro de
Poro (A)
Adsorbente
Desecante,
Purificación de
200-3000.510-75Alúmina
Activada
AplicaciónÁrea
Superficial
Especifica
(m2/m3)
Porosidad de
Partícula
Diámetro de
Poro (A)
Adsorbente
TF-3332
Desecante,
Separación de
Hidrocarburos
600 - 7000.2 – 0.53 – 10Zeolitas
Remoción de
Orgánicos,
Purificación de
Agua
750 – 8500.4 – 0.610 – 25Carbón
Activado
Microporoso
Desecante de
Gases
300 - 8500.47 - .7122 – 150Silica Gel
Purificación de
Aceites
Activada
Desecante,
Separación de
Hidrocarburos
600 - 7000.2 – 0.53 – 10Zeolitas
Remoción de
Orgánicos,
Purificación de
Agua
750 – 8500.4 – 0.610 – 25Carbón
Activado
Microporoso
Desecante de
Gases
300 - 8500.47 - .7122 – 150Silica Gel
Purificación de
Aceites
Activada

9. Adsorbentes –
Carbón Activado (C) TF-3332
Estructura Molecular del Grafito
(La estructura básica del carbón
activado es muy aproximada a la
del grafito puro)

10. Adsorbentes –
Alúmina (Al2O3) TF-3332
Estructura MolecularEstructura Molecular
(átomos de aluminio en color rojo)

11. Adsorbentes –
Sílica (SiO2) TF-3332
Estructura Molecular
(átomos de silicio en color azul)

12. Equilibrio de Adsorción-
Isotermas (I) TF-3332
Examples of Type-I adsorption are Adsorption of Nitrogen (N2) or Hydrogen (H2) on charcoal at
temperature near to -180 C.
Isoterma Tipo I -
Langmuir

13. Equilibrio de Adsorción-
Isotermas (II) TF-3332
Examples of Type III Adsorption Isotherm are Bromine (Br2) at 79 C on silica gel or Iodine (I2) at
79 C on silica gel.
Isoterma Tipo IIIIsoterma Tipo II
Examples of Type-II adsorption are Nitrogen (N2 (g)) adsorbed at -195 C on Iron (Fe) catalyst
and Nitrogen (N2 (g)) adsorbed at -1950C on silica gel.

14. Equilibrio de Adsorción-
Isotermas (III) TF-3332
Example of Type V Adsorption Isotherm is adsorption of Water (vapors) at 100 C on charcoal.
Isoterma Tipo VIsoterma Tipo IV
Examples of Type IV Adsorption Isotherm are of adsorption of Benzene on Iron Oxide (Fe2O3)
at 50 C and adsorption of Benzene on silica gel at 50 C

15. q*ads
q
Isoterma a Tads
Adsorción / Desorción -
Curva de Equilibrio / Variables. TF-3332
Temperatura
Presión
PPadsPdes
q*des
Variación de T
Variación de P
Isoterma a Tdes>Tads

16. Adsorción - Aplicaciones
Gases
- Purificación:
Deshumidificación de aire, Eliminación de olores e impurezas del aire,
Remoción de CO2 del GN, Remoción NOX del N2, Remoción de
componentes orgánicos y del SO2 de corrientes de venteo.
- Separación:
Fraccionamiento de gases de Hidrocarburos (C1-C3)
TF-3332
Líquidos
- Purificación:
Eliminación de humedad en gasolina, Decoloración de productos del
petróleo, Eliminación de olor y sabor del agua.
- Separación:
Fraccionamiento de: aromáticos / parafinas, parafinas normales /
isoparafinas, parafinas normales / olefinas.
- Intercambio Iónico:
Desionizacion del Agua. Ejemplo: NiSO4 +Ca(OH)2 = Ni(OH)2 + CaSO4

17. Adsorción –
Modos de Operación (I)
Tanque Agitado (Slurry Operation)
Adsorbente
Pulverizado
TF-3332
Líquido Mezcla a
ser filtrada
a

18. Adsorción –
Modos de Operación (II)
Lecho Fijo
TF-3332
Alimentación Producto pesado
o Extracto
Producto ligero
o Refinado Desorbente
Lechos Fijos
Etapa de
Adsorción
Etapa de
Desorción

19. Adsorción –
Modos de Operación (III)
Lecho Móvil
TF-3332
Alimentación Producto pesado
o Extracto
Adsorbente
saturado
Producto ligero
o Refinado Desorbente
Adsorbedor Regenerador
Lechos
Móviles
Adsorbente
regenerado

20. Adsorción –
Modos de Operación (IV)
Lecho Móvil Simulado
TF-3332
DC/Co0 1
Lecho Fijo
Válvula
Rotativa
Alimentacion
A
Refinado
Desorbente
R
Extracto
E
Z

21. Adsorción Lecho Fijo –
Carga del Lecho / Curva de Avance TF-3332
1
C/Co
tb te0

22. Desorción de Lecho Fijo –
Descarga del Lecho. TF-3332
Inyección a Contracorriente de Inerte (N2) +
Cambio de Presión y/o Temperatura
1
C/Co
0

23. Adsorción/Desorción Lecho Fijo–
Modus Operandi. TF-3332
Purga
Alimentación
TSA: Temperature Swing Adsorption
PSA: Pression Swing Adsorption
A
D
S
D
E
S
Inerte
Producto

24. Adsorción/Desorción –
Capacidad del Lecho TF-3332
q/qf
q/qf
Carga de adsorbato al
final de la adsorción
Al final de la
regeneración
z
q/qf
z
z
Capacidad cíclica útil