operaciones gas liquido

Todas las operaciones en que ocurre la humidificación y deshumidificación, absorción y desorción de gases y destilación en sus diversas formas, tienen en común la necesidad de que una fase líquida y una gaseosa se pongan en contacto con el fin de que exista un intercambio difusivo entre ellas.

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR.
ESCUELA DE ING. INDUSTRIAL.
SEDE BARCELONA.
Equipos para Operaciones Gas-Líquido
PROFESORA: ESTUDIANTE:
ING. RAY GONZALES. EDIMAR BELIZARIO.
NOVIEMBRE 2020.

2. Índice
Introducción………………………………………..3
Sistemas de Humidificación……………………..4
Equipos de humidificación………………………5 -6-7-8-9
Mezclas de vapor con Gas………………………10
Humedad Absoluta…………………………………11
Sistema Aire-Agua………………………………….12
Operaciones de contacto Gas-Líquido………...13
Balance de Materia………………………………14
Equipos de Absorción……………………………..15
Proceso general de absorción química [IPCC, 2005]….16-17
Torre de burbujeo………………………………..18
Absorción en columnas de platos……………………19
Torres empacadas…………………………………….20
Sistemas de dos componentes………………………………21
Elección del solvente para la absorción……………………………….22
Balance de materias para flujos en contracorriente……………………………..23
Flujo concurrente…………………………………………………………24
Equipos de destilación……………………………………25
Diagramas de fases presión-temperatura-concentración para un proceso de destilación…26
Evaporación rápida y Destilación continua con rectificación…………..27-28
Conclusión………………………………………………………..29

3. INTRODUCCIÓN
Todaslasoperaciones enqueocurrela
humidificaciónydeshumidificación,absorcióny
desorcióndegasesydestilaciónensusdiversas
formas,tienenencomúnlanecesidaddequeuna
faselíquidayunagaseosaseponganencontacto
conelfindequeexistaunintercambiodifusivoentre
ellas.Elordenenqueseacabandelistarlas
operacioneses,enmuchosaspectos,elordende
menoramayorcomplejidad;porlotanto,eselorden
enquesevanaconsiderarlasoperaciones.Puesto
queenlahumidificaciónellíquidoesunasustancia
pura,existengradientesdeconcentraciónyla
difusióndelamateriaocurresólodentrodelafase
gaseosa.Enlaabsorción,existengradientesde
concentracióntantoenellíquidocomoenelgas,y
ladifusión,porlomenosdeuncomponente,ocurre
enlasdosfases.Enladestilación,sedifundentodas
lassustanciascomprendidasenlasfases.

4. Sistemas de Humidificación
Lossistemasdehumidificacióntienenunagranvariedaddeaplicaciones.Amodode
ejemplo,sonunasherramientasindispensablesparaquienesseanpropietarioso
administradoresdeinmueblesquecuentanconespaciosverdescomojardines,
invernaderosyhuertas.Tambiénsonnecesariosenlosprocesosproductivosdemuchos
establecimientosindustriales,como,porejemplo,lostextiles.Asímismo,nopueden
prescindirdeelloslosestablecimientosquetrabajancondeterminadosproductosfrescos,
comofrutas,verduras,carnes,etc.Tambiénquiendisponedeunagranjaavícolauotro
animalquenecesiteunbienestarcontemperaturascontroladas.
Amododeintroducción,digamosque,esencialmente,setratadeequiposque
tiendenaaumentarelniveldehumedaddelambienteenundeterminadoespacio,
abiertoocerrado,pormediodelageneracióndeaguamicronizada.Sibienseutilizanen
todomomento,sonfundamentales,sobretodo,cuandosenecesitareducirlatemperatura
enunestablecimiento,empresauotros.

5. Equipos de humidificación.
Lavadoresdecámaradeaspersión:eselequipomassencilloconsistenteenunatorre
circularorectangular,enlaqueelgasfluyehaciaarribaylaspartículaschocanconlas
gotasdelíquidoproducidasporboquillassituadasatravésdelpasodelfluido.Lasgotasde
líquidocontaminadosedimentanporgravedad.Enlapartesuperiorsecolocaun
eliminadordeneblinaqueevitaqueelgasarrastrelasgotasdemenortamaño.
Los depuradores por aspersión
consisten en cámaras vacías
en forma cilíndrica o
rectangular en las cuales
la corriente de gas es puesta
en contacto con las gotas de
líquido generadas por toberas
de aspersión.

6. Lavadoresciclónicos:sonsemejantesalosciclonesdeseco,peroen
estecaso,seincorporaunaseriedeboquillasporlasquesepulveriza
ellíquidodelavado.
lasgotitasdelíquidocargadasdepolvose
vensometidasaunafuerzacentrífugaque
laslanzacontralaparedhúmedadel
ciclónyfluyenporestahaciaelfondo.

7. Lavadoresventuri:laenergíadelacorrientegaseosaatratarseusaparala
pulverizacióndellíquidodelavado.Ellíquidoentraenelventuriaunavelocidad
bajayallíseencuentraconlacorrientegaseosaqueentraagranvelocidadylo
atomiza.
Las partículas finas impactan con las
gotas de líquido y se eliminan.

8. Lastorresderefrigeraciónotorresdeenfriamientodeaguasonequiposquebasansu
funcionamientoenelprincipiodelenfriamientoevaporativo,queseaplicaenlaindustria
desdehacemásde100años.Elenfriamientoevaporativoesunprocesonaturalque
utilizaelaguacomorefrigeranteyqueseaplicaparatransmitiralaatmósferaelcalor
excedentedediferentesprocesosymáquinastérmicas.
A grandes rasgos, los equipos de enfriamiento evaporativo,
como las torres de refrigeración, incorporan: una superficie
de intercambio de calor y masa humedecida mediante un
dispositivo de distribución de agua, un sistema de ventilación
(natural o forzada) encargado de favorecer y, en su caso,
forzar el paso del aire ambiente a través del relleno de
intercambio de calor y masa, y diferentes componentes
auxiliares tales como una balsa colectora de agua, bomba
de recirculación, separadores de gotas e instrumentos de
control.

9. Lacolumnaotorreutilizadaenquímicaindustrialesuna
instalaciónqueseusapararealizardeterminadosprocesoscomo
sonladestilación,laabsorción,laadsorción,elagotamiento,etc;
ycuyautilidadesladesepararlosdiversoscomponentesdeuna
mezclasimpleocompleja.
Lascolumnassondispositivoscilíndricos,dealturamayorquesu
diámetro,quepuedenserdediversostipos:
columnasdeplatosperforados:constadeunaseriedeplatos
perforados,quepuedenllevarasuvezválvulasocampanas,
colocadosaalturasdiferentesyaintervalosregulares,conel
findedispersarunadelasfases;
columnasderelleno:sediferenciandelasanterioresportener
suinteriorocupadoporunrellenodeanillos(llamadosanillos
deRaschig)odematerialperforado.Enestascolumnaslo
másimportanteeslamayorsuperficiedecontactoofrecida
porelrelleno.
columnasdeplatosdecampanas.
columnasdeplatosdeválvulas.
Enlascolumnasseproducehabitualmenteunmovimientoa
contracorrienteentreellíquidoquedesciendeyelvaporque
asciende.Esduranteestemovimientocuandosepurificanlos
componenteshastaobtenerlacalidaddeseadaeneldiseño.

10. Mezclas de vapor con Gas
Unaclasedemezcladegases-vapor,pordemásinteresanteydegranimportanciaen
lavidacontemporánea,eslaconstituidaporaire-H2O(v).Adiferenciadeunamezclade
gasesnoreactivos,endondelacomposiciónnocambiaporefectosdeTyP,enuna
mezclaaire-H2O(v)elcontenidodeH2O(v)puedesufrirunamodificacióndrásticapor
simplescambiosmodestosenlatemperaturadelamezcla.Alestudiodeestamezclaaire-
H2O(v),seleconocecomoPsicrometría,yresultadesumaimportanciaenprocesosde
humidificaciónysecadoenunadiversidadenormedeindustriasquerequierendelcontrol
delcontenidodeaguaenelaire,asícomoenelacondicionamientodeaireenedificiosy
construccionesvariadas,enlapredicciónmeteorológica,eneldiseñoarquitectónico,enla
mismaexperimentacióncientífica,etcétera.
Lacoexistenciadelíquidoyvaporseindicanormalmenteconel
términovaporhúmedoy,eneldiagrama,correspondealazonabajo
lacampana.Laslíneasdetítuloconstantesetrazandividiendolas
líneasdepresiónconstante,comprendidasentreelestadolíquidoyel
estadodelvaporsaturadoseco,enpartesiguales.

11. Humedad Absoluta
SellamaHumedadabsolutaalacantidaddevapordeagua(generalmentemedidaen
gramos)porunidaddevolumendeaireambiente(medidoenmetroscúbicos).
Esunodelosmodosdevalorarlacantidaddevaporcontenidoenelaire,loquesirve,con
eldatodelatemperatura,paraestimarlacapacidaddelaireparaadmitironomayor
cantidaddevapor.

12. Sistema Aire-Agua
Unsistemadeclimatizaciónaire-aguapodríaconsiderarseunainstalaciónde
calefacción/refrigeraciónsimilaralascentralizadasdecalefacciónconcalderay
radiadoresqueseutilizanenmuchosedificios,enambashayunelementogeneradorde
energíatérmica(centraltérmica)yelementosterminales(fan-coils/radiadores),aunquehay
variasdiferenciasimportantes.
porejemplodentrodeesteapartadosepodríanenglobarlastuberías,bombasy
demáselementosnecesarios.Cabedestacarqueloselementosaccesoriosnosonpocos
enestetipodeinstalaciones,yaqueprecisandevasodeexpansión,válvulasdeseguridad,
manómetros,termómetros,llavesdepasoyunmontónde“extras”másqueenciertaforma
complicanyencarecenlainstalación.
Losmaterialesmásempleadosenlastuberíasde
estetipodeinstalacionesson:
Cobre:Caroysoloparadiámetrospequeños.
Acero:Utilizadosobretodoengrandes
instalaciones.
PPR(polipropilenoreticulado):Útil,aunqueel
espesoresmayorqueenloscasosanteriorespara
unmismodiámetrointerior,cosaquepuede
dificultarlainstalación.

13. Operaciones de contacto Gas-Líquido
Enelcasodetodasestas
operaciones,lafunciónprincipal
delequipoutilizadoesel
contactoentreelgasyellíquido,
enlaformamáseficienteposible,
ymásadecuada alcosto.Al
menosenprincipio,cualquiertipo
deequiposatisfactorioparauna
deestasoperacionestambiénlo
seráparalasotras;enrealidad,
lostiposprincipalesseutilizan
paratodas.Porestarazón,
nuestroanálisisempiezaconel
equipo.

14. Balance de Materia
Losbalancesdemateriasedesarrollancomúnmenteparalamasatotalquecruzaloslímitesde
unsistema.También,puedenenfocarseaunelementoocompuestoquímico.Cuandoseescriben
balancesdemateriaparacompuestosespecíficosynoparalamasatotaldelsistema,seintroduce
untérminodeproducción.
Elbalancedemateriaesunmétodomatemáticoutilizadoprincipalmenteeningenieríaquímica.
Sebasaenlaleydeconservacióndelamateria(lamaterianisecreanisedestruye,solose
transforma),queestablecequelamasadeunsistemacerradopermanecesiempreconstante
(excluyendolasreaccionesnuclearesoatómicasenlasquelamateriasetransformaenenergía

15. Equipos de Absorción
La absorción de gases es una operación en la cual una mezcla gaseosa se pone en
contacto con un líquido a fin de disolver de manera selectiva uno o dos componentes del
gas y obtener una solución de estos en el líquido (Treybal, 1988)
Absorción química: el gas a eliminar
reacciona con el solvente y queda en
solución (Wankat, 2008).
Ejemplo: La eliminación de CO2 o de
H2S por reacciones con NaOH o con
monoetanolamina (MEA)

16. Proceso general de absorción química [IPCC, 2005].

17. Laabsorciónesunaoperaciónenlaquesetransfieremateriadesdeunacorrientegaseosa
aotralíquida.Laabsorciónconstituyeelfenómenobásicodenumerososequiposy
procesosindustriales.
a)Evaporacióndesdetanques.
b)Absorbedordeparedmojada.
c)Absorbedorderelleno-encontracorrienteocorrientesparalelas.
d)Absorbedorporetapas.
e)Absorbedorconreacciónquímicasimultánea.
f)Depuradoresdegoteo.
g)DepuradoresdeVenturi.
En una torre de absorción la corriente de gas entrante a
la columna circula en contracorriente con el
líquido. El gas asciende como consecuencia de la
diferencia de presión entre la entrada y la salida
de la columna. El contacto entre las dos fases produce
la transferencia del soluto de la fase gaseosa
a la fase líquida, debido a que el soluto presenta una
mayor afinidad por el disolvente. Se busca que
este contacto entre ambas corrientes sea el máximo
posible, así como que el tiempo de residencia
sea suficiente para que el soluto pueda pasar en su
mayor parte de una fase a otra.

20. TORRES EMPACADAS
Las torres empacadas se usan para el contacto continuo
a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y
también para el contacto de un vapor y un líquido en la
destilación. La torre consiste en una columna cilíndrica
que contiene una entrada de gas y un espacio de
distribución en el fondo, una entrada de líquido y un
dispositivo de distribución en la parte superior, una salida
de gas en la parte superior, una salida de líquido en el
fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en
el espacio de distribución que está debajo de la sección
empacada y se va elevando a través de las aberturas o
intersticios del relleno, así se pone en contacto con el
líquido descendente que fluye a través de las mismas
aberturas. El empaque proporciona una extensa área de
contacto íntimo entre el gas y el líquido.

21. Sistema de
dos
componentes
•Separación de uno o varios componentes de una
mezcla gaseosa mediante su disolución selectiva
en un líquido.
•A veces un soluto se recupera de un líquido
poniendo éste en contacto con un gas inerte. Tal
operación, que es inversa de la absorción, recibe
el nombre de desorción de gases, desabsorción o
stripping.
•La absorción de gases está basada en la
transferencia de materia entre dos fases (gaseosa
y líquida) entre las que existe un gradiente de
concentración del componente que se separa. La
transferencia de materia tiene lugar al poner
ambas fases en contacto, generalmente por medio
del relleno de una columna o torre de absorción.

22. Elección del solvente para la absorción
•1. Solubilidad del gas. La solubilidad del gas debe ser elevada, a fin de aumentar la rapidez de la absorción y disminuir la cantidad requerida de
disolvente. En general, los disolventes de naturaleza química similar a la del soluto que se va a absorber proporcionan una buena solubilidad. Para
los casos en que son ideales las soluciones formadas, la solubilidad del gas es la misma, en fracciones mol, para todos los disolventes. Sin
embargo, es mayor, en fracciones peso, para los disolventes de bajo peso molecular y deben utilizarse pesos menores de estos disolventes. Con
frecuencia, la reacción química del disolvente con el soluto produce una solubilidad elevada del gas; empero, si se quiere recuperar el disolvente
para volverlo a utilizar, la reacción debe ser reversible.
2. Volatilidad. El disolvente debe tener una presión baja de vapor, puesto que el gas saliente en una operación de
absorción generalmente está saturado con el disolvente y en consecuencia, puede perderse una gran cantidad. Si es
necesario, puede utilizarse un líquido menos volátil para recuperar la parte evaporada del primer disolvente.
3. Corrosión. Los materiales de construcción que se necesitan para el equipo no deben ser raros o costosos.
4. Costo. El disolvente debe ser barato, de forma que las pérdidas no sean costosas, y debe obtenerse fácilmente.
5. Viscosidad. Se prefiere la viscosidad baja debido a la rapidez en la absorción, mejores características en la
inundación de las torres de absorción, bajas caídas de presión en el bombeo y buenas características de
transferencia de calor.
6. Otros. Si es posible, el disolvente no debe ser tóxico, ni inflamable, debe ser estable químicamente y tener un punto
bajo de congelamiento.

23. •Los dos fluidos se mueven en sentidos opuestos, lo que permite
que el sistema pueda mantener un gradiente casi constante
entre ellos a lo largo de la ruta de movimiento. A medida que la
ruta de flujo sea más larga y que la velocidad del movimiento de
los fluidos sea más lenta, la tasa de transferencia será menor, sin
embargo esto se debe a que los dos fluidos son "iguales" en
algún sentido. Por ejemplo, si tenemos en cuenta la transferencia
de masa de una cierta cantidad de soluto por una cantidad
determinada (en volumen o masa) de solvente, la velocidad de
la disolución debe ser la misma en las dos corrientes. En el caso
de transferencia de calor, el producto del calor específico (el
promedio en el rango de temperatura involucrado) y el flujo de
masa, también deben ser iguales. Si los dos fluidos no son los
mismos, por ejemplo si el calor está siendo transferido del agua al
aire o vice-versa, entonces la conservación de la masa o energía
requiere que las corrientes vayan con concentraciones o
temperaturas diferentes a las indicadas en la figura.
Balance de Materia para flujos en contracorriente

24. flujo concurrente (corriente paralela en el mismo sentido)
Siunsistemaconstadedosflujos,estospodráncircularperpendicularmenteoserflujos
paralelos.Además,encasodequelosflujoscirculenenparalelosetienendos
posibilidades:lascorrientespuedenserparalelassitienenelmismosentidoopuedenser
contracorrientessitienensentidosopuestos.Paralatransferenciadecalorodemasa,la
operaciónencontracorrienteesmáseficaz.
Undiagramadecorrientesparalelaspuedeserelsiguiente:
Endondeelfluidofríocirculaporelespacio
anularformadopordostubosyelfluido
calientecirculadentrodeltubointerior.Este
casoesuntípicoejemplodetransferencia
decalor;endondeelobjetivoescalentar
elfluidofríooenfriarelfluidocaliente.

25. Equipos de Destilación
Parallegaratenerelconocimientodelaingenieríaaplicadaenesteprocesoes
necesariocomprenderlosequilibriosexistentesentrelafasevaporylíquidodelasmezclas
encontradas.Dentrodeprocesodedestilación,lasoperacionesdeunasolaetapao
evaporacióninstantáneaseevaporaunamezclalíquidadondeelvaporyellíquido
residualalcanceelequilibrioseparándoseyeliminandolafasevaporylíquidoresultante,
paraestoserealizaunbalancedemateriayentalpia.Enladestilacióndiferencialosencilla
soloseevaporizainstantáneamenteunaporcióninfinitesimalsucesivadeunlíquido,se
realizaunbalancedemateriaparalamezclabinariaenlacondensacióndiferencialyla
volatilidadrelativa.Permiteconoceratravésdelaingeniería,cualessonloscambiosdelas
fraccionesmolaresdelcomponentevolátilylaeficienciadecadacomponente.

26. Diagramas de fases presión-temperatura-concentración para un proceso de destilación.
En una mezcla binaria de equilibrio líquido-vapor
se pueden determinar las composiciones molares
tanto de la fase gaseosa como de la fase líquida
en función de la presión o de la temperatura,
cuando se grafican estos datos obtenidos
experimentalmente, se obtienen diagramas de
fases como los mostrados en la figura.

27. Evaporación Rápida.
La evaporación también tiende a
producirse más rápidamente con
tasas de flujo más altas entre la
fase gaseosa y líquida, y en
líquidos con presión de vapor más
alta. Por ejemplo, la ropa tendida
en un cordel secará (por
evaporación) más rápidamente
durante un día ventoso que en un
día sin viento. Tres puntos claves
de la evaporación son el calor, la
humedad y el movimiento del
aire.

28. Destilación continua con rectificación.
Eltérminorectificacióncontinuaojfucc,onamietuoserefierealaoperaciónde
destilacióncontinuademúltipleetapaconreflujo,diseñadaconelfindeobtenerproductos
demayorDurezaquelosconseguidosenunaoperaciónccorneadeetacasimple.

29. Conclusión.
Todaslasoperaciones enque ocurrelahumidificación,
deshumidificacion,absorciónydestilacióndegasesensusdiversasformas
quetienenencomúnlanecesidaddequeunafaselíquidayunagaseosase
ponganencontactoconelfindequeinsistaunintercambiodifusivoentre
ellas.
Sonoperacionesdecontactodirectoentredosfasesinmiscibles(gas-
líquido)queseencuentraadiferentetemperaturaendondeseinvolucranla
masayelcalorsimultáneamenteatravésdeunainterface.Pasosdesu
proceso:
Enfriamientodeungascalienteporelcontactodirectodeunlíquidofrio.
Producehumificacióndelgasconunlíquidofrioqueseevaporiza
enfriandolamesclayaumentadolahumedad.
Partedelvaporsecondensadisminuyendolahumedaddelamescla.
Enfríaellíquidoporelcontactodirectodeungasdebajahumedadyel
líquidoseenfríaysetransfiereelcalorporlaevaporaciónparcial.