Absorción de gases CO2

1. COLUMNA DE ABSORCIÓN
“DETERMINACIÓN DE RECTAS DE OPERACIÓN EN UNA TORRE DE
ABSORCION DE GASES”
OBJETIVOS
*comprender el funcionamiento de una torre de absorción de gases.
*determinar el gasto de gas absorbido a diferencias gastos de líquido absorbente.
* trazar la recta de operación de acuerdo con los datos experimentales obtenidos.
FUNDAMENTOS
La absorción de gases es una operación unitaria en la cual una mezcla gaseosa se
pone en contacto con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más
componentes del gas y de obtener una solución de éstos en el líquido. Ésta
operación requiere la transferencia de masa de una sustancia en la dirección
opuesta, es decir del líquido al gas, la operación se conoce como desorción. Los
principios de la absorción y la desorción son básicamente los mismos.
Generalmente, estas operaciones sólo se utilizan para la recuperación o eliminación
del soluto. Una buena separación de solutos entre sí, exige técnicas de destilación
fraccionada.
Los aparatos utilizados para poner en contacto una corriente gaseosa con una
liquida en forma continua pueden ser una torre empacada, rellena con material de
empaque sólido regular o irregular, una columna de platos que contiene varios
platos perforados o de burbuja y tapón, una torre o cámara vacía, donde se
rocía el líquido, una columna de paredes húmedas o un recipiente con agitación
o rocío. Por lo general, las corrientes de gas y líquido se hacen pasar a
contracorriente a través del equipo para obtener l máxima velocidad de absorción.
Si el propósito principal de la operación de absorción es producir una solución
específica de disolvente queda especificado por la naturaleza del producto. Si el
propósito principal es eliminar algún componente del gas, casi siempre existe
la posibilidad de elección. Cuando es posible seleccionar al disolvente, se
otorga preferencia a aquellos con altas solubilidades del soluto, ya que esto
reduce la cantidad del disolvente a recircular. La selección de un disolvente
determinado tiene una gran importancia. Muy a menudo se utiliza agua, por su
abundancia y bajo costo. Por lo general se utiliza agua para los gases bastante
solubles en agua, aceites para los hidrocarburos ligeros y disolventes químicos
especiales para gases ácidos tales como: CO2,S02 ,H2S . Aunque también
deben de considerarse las siguientes propiedades:
La solubilidad del gas: la solubilidad del gas debe ser elevada a fin de
aumentar la
rapidez de absorción y reducir al mínimo la cantidad de disolvente. En general,
los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va
a absorber proporcionan una buena solubilidad. Con frecuencia, la reacción

2. química del soluto con el disolvente produce una solubilidad elevada del gas. Sin
embargo, si se desea recuperar el disolvente la reacción debe ser reversible.
Volatilidad: El disolvente debe tener una baja presión de vapor, debido a que
el gas saliente en una operación de absorción generalmente está saturado con el
disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad.
Costo: el disolvente debe ser barato, de tal forma que las pérdidas no sean
costosas y debe obtenerse fácilmente.
Viscosidad: Se prefiere la viscosidad baja debido a que favorece la rapidez de
absorción, mejora las características de inundación de las torres de absorción,
baja las caídas de presión en el bombeo y mejora las características de
transferencia de calor.
Estabilidad química: el disolvente debe ser químicamente estable, y de
preferencia no inflamable.
Bajo punto de congelamiento: Ya que toda solidificación del disolvente dentro
de la columna la hace inoperable.
A fin de definir completamente la solubilidad de un gas en un líquido se debe
establecer la temperatura, la concentración del gas soluto en la fase líquida y
la presión parcial de equilibrio del gas soluto en la fase gaseosa. También
debe establecerse la presión total del sistema, aunque para bajas presiones
totales inferiores a 5 atm, la solubilidad para una presión parcial dada del
gas soluto puede considerarse independiente de la presión total del sistema.
Cuando una fase líquida se puede considerar como ideal, puede calcularse la
presión parcial en el equilibrio de un gas en la solución, sin necesidad de
determinaciones experimentales: aunque en la realidad no existen soluciones
ideales y las mezclas reales sólo tienden a la idealidad. La condición ideal
requiere que las moléculas de los compuestos sean similares en tamaño,
estructura y naturaleza química. Sin embargo, prácticamente muchas soluciones
se encuentran tan cerca de la idealidad que para fines de ingeniería pueden ser
consideradas como soluciones ideales.
Evaluación del costo de una columna de absorción
La evaluación de una columna de absorción, como la de cualquier columna
industrial, involucra la determinación de tres características fundamentales:
capacidad, eficiencia y costo. La mayor capacidad se refiere a los flujos posibles
en la columna, líquido, gaseoso o de ambos. La capacidad se mide con base al
parámetro hidrodinámico de la columna. La eficiencia se mide cuando se logre
transferir mayor cantidad de masa (permitida por el sistema) por altura empacada
de la columna, o cuando la misma cantidad de masa se transfiere con menor
altura empacada. La eficiencia de una columna se mide con base en los parámetros
operacionales de transferencia de masa (altura equivalente por plato teórico).

3. El costo de un proceso de separación (o de purificación) depende directamente
de la relación entre la concentración inicial y la final de las sustancias a
transferir. Los costos serán un reflejo de la capacidad y eficiencia de la columna de
separación.
Aplicaciones de la absorción
Recuperar productos de corrientes gaseosas con fines de producción
Método de control de emisiones de contaminantes a la atmósfera, reteniendo las
sustancias contaminantes (compuestos de azufre, clorados y fluorados), es decir en
efluentes gaseosos
La recuperación de gases ácidos como H2S, mercaptanos y CO2 con disoluciones
de aminas
Producción industrial de disoluciones ácidas o básicas en agua (ácidos clorhídrico,
sulfúrico y nítrico o hidróxido amónico)
Eliminación de SO2 de gases de combustión con disoluciones acuosas de hidróxido
de sodio
La eliminación de óxidos de nitrógeno con disoluciones de agentes oxidantes
DESCRIPCION DEL APARATO.
VA-101 válvula de paso general de aire.
VA-102 válvula reguladora de flujo de la solución de sosa.
VA-103 válvula reguladora de flujo de bióxido de carbono.
VA-104 válvula reguladora de flujo de aire.
VA-105 válvula de paso general de la solución de sosa.
VA-106 válvula de paso general de la solución de sosa.
VA-107 válvula para desagüe y toma de muestra.
TC-101 tanque de almacenamiento de CO2
TC-102 tanque de almacenamiento de la solución de sosa.
RO-101 rotámetro para medir el flujo de aire.
RO-102 rotámetro para medir el flujo de bióxido de carbono.
RO-103 rotámetro para medir el flujo de la solución de sosa.
MP-101 medidor de presión (tipo Bourdon).
DI-101 distribuidor de la solución de NaOH.
TA-101 torre de absorción empacada con espirales.
BM-101 bomba para recirculación de solución de NaOH.
EQUIPO AUXILIAR
 Matraces Erlenmeyer
 2 buretas de 25 ml
 2 pinzas para bureta
 2 vasos de precipitado de 250 ml
 1 pipeta de 10 ml
 Balanza granataria
 Equipo de seguridad (guantes, casco y goles).

4.  Cubeta de plástico
 Probeta de plástico de 2 lts
SUSTANCIAS UTILIZADAS
 Lentejas de hidróxido de sodio Ácido clorhídrico 0.1 N
 Agua destilada Indicador de fenolftaleína
 Indicador naranja de metilo
ESQUEMA DEL APARATO

5. PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
a) revisión y acondicionamiento del aparato:
1.- verificar que el equipo se encuentre limpio y en buen estado.
2.- revisar que las válvulas (VA-101 y VA-103) estén cerradas.
b) preparación de la solución de sosa al 10% en peso:
1.- diluir 1 Kg de lentejas de hidróxido de sodio en 10 litros de agua destilada.
2.- determinar la normalidad de la solución de sosa, tomando una alícuota de 2 ml
y titulando con HCl 0.1N, usando los indicadores de fenolftaleína y naranja de metilo.
3.- medir la temperatura de la solución.
c) determinación del flujo de sosa:
1.- llenar el tanque (TG-101) con solución de sosa 10 % en peso.
2.- abrir la válvula (VA-106), para que fluya la solución de sosa a través de la torre
de absorción (TA-101).
3.- regular el flujo de hidróxido de sodio a una altura de 18 cm en el rotámetro (RO-
103), por medio de la válvula (VA-102).
4.- abrir la válvula (VA-107) y recolectar durante 1 minuto el volumen de sosa en
una probeta de plástico.
5.- repetir los pasos del 2 al 4, para una altura de 24 y 30 cm respectivamente.
d) absorción de bióxido de carbono:
1.- abrir la válvula (VA-106).
2.- regular el flujo de NaOH a una altura de 18 cm en el rotámetro (RO-103), con la
ayuda de la válvula (VA-102).
3.- abrir las válvulas (VA-101 y VA-104). Observar que la presión no sobrepase de
1Kg/cm2 en el manómetro (MP-101).
4.- regular el flujo de aire a 50 lts/min en el rotámetro (RO-101), por medio de la
válvula (VA-104).
5.- regular el flujo de bióxido de carbono a un 20%, por medio del rotámetro (RO-
102) y la válvula (VA-103).
6.- vigilar constantemente el nivel de líquido en el tubo en U, para que no fluya a los
rotámetros (RO-101 y RO-102). En caso de aumentar el nivel del líquido, abrir la
válvula (VA-107) hasta que el nivel del líquido permanezca constante.
7.- encender la bomba (BM-101), para que recircule la solución de sosa, desde el
fondo de la torre a la parte superior.
8.- a intervalos de 5 minutos, tomar muestras del líquido de salida de la torre de
absorción (TA-101), abriendo la válvula (VA-107), teniendo cuidado de purgar antes
de tomar cada muestra.
9.- repetir los pasos del 1 al 7 para la altura de 24 cm y 30 cm, respectivamente.
e) titulación de las muestras recolectadas:
1.- tomar 2 ml de la muestra, agregar 2 gotas de indicador de fenolftaleína y titular
con acido clorhídrico 0.1 N. la solución pasa de un color violeta a incoloro.
2.- agregar 2 gotas de indicador naranja de metilo a la solución incolora obtenida en
el paso anterior y titular con HCl 0.1 N.
3.- registrar los volúmenes de HCl utilizando en las titulaciones anteriores.

6. DATOS TEORICOS Y EXPERIMENTALES
Del ácido clorhídrico (HCl):
Normalidad: 0.1 N
- De la solución de hidróxido de sodio (NaOH):
Concentración:0.068 M
Temperatura:15 °C
Densidad: 2.13 g/cm3
- Del aire:
Gasto (Gaire): 50 lt/min = 106 Kg/min (a T y P del ambiente)
Temperatura Ta:15°C
- Del CO2:
Gasto (Gco2): 2 lt/min (20% de escala)
Temperatura Tc: 15°C
Prueba Tiempo (seg) Volumen (ml)
1 30.00 226
2 30.00 228
3 30.00 227
423
424
425
426
427
29.88 30.15 30.16
Volumen(ml)
Tiempo (seg)
Gasto a 11cm

7. Prueba del Gasto a 22 cm
Prueba Tiempo (seg) Volumen (ml)
1 15.00 228
2 15.00 230
3 15.00 218
CÁLCULOS Y RESULTADOS.
Proceso a 215.33 ml/min
Tabla de concentraciones para el Hidróxido de sodio (NaOH)
Muestra Volumen de
muestra (ml)
Volumen de
titulación (ml)
Concentración M
1 10 2.8 0.028
2 10 2.9 0.029
3 10 3.1 0.031
4 10 3.1 0.031
5 10 3.2 0.032
6 10 3.3 0.033
423
424
425
426
427
29.88 30.15 30.16
Volumen(ml)
Tiempo (seg)
Gasto a 22cm

8. Proceso de 425.33mL/Min
Tabla de concentraciones para el Hidróxido de sodio (NaOH)
Muestra Volumen de
muestra (ml)
Volumen de
titulación (ml)
Concentración M
1 10 2.9 0.029
2 10 3.1 0.031
3 10 3.2 0.032
4 10 2.8 0.028
5 10 2.7 0.027
Cálculos
Concentración y número de moles del NaOH
𝑉1 = 10𝑚𝐿
𝑉2 =
(
2.8
2.9
3.1
3.1
3.2
3.3)
𝐶2 = 0.1𝑀
𝐶1 =
𝑉2 𝐶2
𝑉1
=
(
28
29
31
31
32
33)
𝑚𝑜𝑙
𝑚3
𝐶1 =
(
0.028
0.029
0.031
0.031
0.032
0.033)
𝑀
Numero de moles de Sosa

9. 𝑛 𝑁𝑎 = 𝐶1 𝑉1 =
(
2.8𝑥10−4
2.9𝑥10−4
3.1𝑥10−4
3.1𝑥10−4
3.2𝑥10−4
3.3𝑥10−4)
𝑚𝑜𝑙
Gasto en moles y Kg/h de CO2
𝑃 = 0.982𝑎𝑡𝑚
𝑉 = 2𝐿𝑚𝑖𝑛
𝑇 = 288.15 °𝐾
𝑅 = 0.0820575
𝑎𝑡𝑚 ∗ 𝐿
𝑚𝑜𝑙 ∗ °𝐾
PMCO2
= 44
𝑔𝑟
𝑚𝑜𝑙
PMaire = 29
𝑔𝑟
𝑚𝑜𝑙
nCO2
=
𝑃 ∗ 𝑉
𝑅 ∗ 𝑇
= 4.153
𝑚𝑜𝑙
ℎ𝑟
naire =
𝑃 ∗ 𝑉
𝑅 ∗ 𝑇
= 4.153
𝑚𝑜𝑙
ℎ𝑟
GCO2
= PMCO2
∗ nCO2
= 0.182
𝐾𝑔
ℎ𝑟
Gaire = PMaire ∗ naire = 0.120
𝐾𝑔
ℎ𝑟
Gasto solución NaOH
𝑉𝑠𝑜𝑠𝑎 = 420 𝑚𝐿
𝑡 = 1 𝑚𝑖𝑛
𝐺𝑠𝑜𝑠𝑎 =
𝑉𝑠
𝑡
= 0.42𝐿𝑚𝑖
Flujo masico de la sosa
𝐿 𝑠 =
𝑛 𝑁𝑎
12𝑚𝑖𝑛
=
(
2.8𝑥10−4
2.9𝑥10−4
3.1𝑥10−4
3.1𝑥10−4
3.2𝑥10−4
3.3𝑥10−4)
𝑚𝑜𝑙
ℎ𝑟
= 1.41
𝑚𝑜𝑙
ℎ𝑟
𝐿 𝑠
𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒
=
(
0.265
0.280
0.287
0.287
0.315
0.328)
= 0.293 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
Fracciónmol CO2 entrada

10. 𝑦1 =
𝑌1
1 + 𝑌1
= 0.5
Gasto entraday salida
𝐺1 = 𝑛 𝐶𝑂2
+ 𝑛 𝑎𝑖𝑟𝑒 = 8.306
𝑚𝑜𝑙
ℎ𝑟
OBSERVACIONES
Se preparó una solución de sosa aproximadamente para tener un volumen de
10litros a una concentración de 0.1N
Para medir el flujo de sosa se debe de tener mucho cuidado con el rotámetro ya que
no funciona bien
Cuando se forma el tapón de sosa siempre se debe de checar que este todavía
este, de lo contrario se podría pasar CO2 y se podrá formar el efecto de la cavitación
dañando la bomba.
Se logró el correcto funcionamiento sin necesidad de desmontar aparatos.
CONCLUSIONES
Se observó el fenómeno de la absorción en la cual a un componente en fase liquida
NaOH es atrapado por la fase gaseosa CO2, se puede confirmar el correcto
desempeño de la practica al ver la disminución de la concentración dela sosa al
momento de titular. Las torres de absorción o desorción son equipos muy utilizados
en la industria para la remoción de contaminantes, para su correcto manejo se
deben considerar las curvas de operación, de las cuales nosotros podemos obtener
parámetros sobre los cuales se realizan procesos de manera idónea.
RECOMENDACIONES
 Tener cuidado con que el flujo no pase al otro lado de donde sale el aire.
 Siempre vigilar el flujo de agua, ya que puede subir o bajar repentinamente.
 En donde está la trampa tener mucho cuidado de que no se les vaya el agua
de más y derrame.
 Al momento de cerrar y abrir válvulas que permiten y bloquean el flujo,
hacerlo al mismo tiempo.
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué es la absorción de gases?
R= Es una operación unitaria en la cual una mezcla gaseosa se pone en contacto
con un líquido, a fin de disolver de manera selectiva uno o más componentes
del gas y de obtener una solución de éstos en el líquido.

11. 2.- Mencione algunas aplicaciones de la absorción de gases.
R= Purificación de agua, tratamiento de aguas residuales, quitar olores, sabores o
colores no deseados por ejemplo en aceites, jarabes de azúcar, en la des
humidificación de gasolinas, o en el secado de aire.
3.- ¿Cuál es la operación contraria a la absorción de gases?
R= La desorción es la operación unitaria contraria a la absorción, en ella, un gas
disuelto en un líquido es arrastrado por un gas inerte, siendo eliminado del líquido.
4.- ¿Cuáles son los equipos en los que se realiza la absorción de gases?
R= Torres rellenas, Torres de absorción de platos , Equipos de absorción de
pulverización
5.- ¿Qué características debe de tener una torre empacada?
R= El empaque de la torre debe ofrecer las siguientes características:
 Proporcionar una superficie interfacial grande entre el líquido y el gas.
La superficie del empaque por unidad de volumen de espacio
empacado debe ser grande, pero no en el sentido microscópico.
 Poseer las características deseables del flujo de fluidos. Esto
generalmente significa que el volumen fraccionario vacío, o fracción
de espaciovacío, en el lecho empacado debe ser grande. El empaque
debe permitir el paso de grandes volúmenes de fluido a través de
pequeñas secciones transversales de la torre, sin recargo o
inundación; debe ser baja la caída de presión del gas.
 Ser químicamente inerte con respecto a los fluidos que se están
procesando.
 Ser estructuralmente fuerte para permitir el fácil manejo y la
instalación.
 Tener bajo precio.
6.- ¿Qué tipo de empaque o relleno tienen estas torres?
R= Los más comunes:
(a) Anillos Rasching
(b) Anillos con tabiques
(c) Relleno Gudloye
(d) Anillos Pale
(e) Relleno Spreypack
(f) Montura de Berl
(g) Relleno de rejilla de madera
BIBLIOGRAFIA
 Ocon García Joaquín, Tojo Barreiro Gabriel. “Problemas de Ingeniería
Química” (operaciones básicas)”. Edit. Aguilar. Tomo II (absorción), págs. 3-
4.