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PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
APLICACIONES:
.
DEFINICIÓN:
O.S. mediane la cual
moléculas de un fluido se transfierena la superficie
de un sólido. Conocido
desde la antigüedad con adsorbentesnaturales como lana, carbón vegetal.
ADSORCIÓN
Tipos de adsorción:
Propiedad
FÍSICA
QUÍMICA
Fuerza:
Van der Waals
Valencia Química
Intensidad:
Líquido
Enlace químico
Calor ads.:
Poco exo.
Fuerte Exotermica
Reversib.:
Reversible
No resversible
Cant. Adsor:
Multicapa
Monocapa
Aplicación
Op. Separación
Catálisis
La descompensación de los átomossuperficiales genera la tendencia aretener moléculas ajenas. Estasmoléculas quedan descompensadas,pudiendo captar nuevas moléculas.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORBENTES :
Todos los sólidos tienen algo de capacidad de retener moléculas, pero para
ser utilizadas de forma industrial, los sólidos deben presentar las siguientes cualidades: • Capacidad
: Alta superficie, selectividad.
- Favorables propiedades de transporte
: Alta y adecuada porosidad
- Condiciones Físicas adecuadas
: Tamaño, resistencia mecánica.
.
: Materiales
disponibles, fabricación sencilla
(los tamices moleculares, pese a su mayor costo, por su diseño han determinadoun salto cualitativo en la utilización de la adsorción a escala industrial)
Relación diámetro cinético-tamaño de poro
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
TIPOS DE RESINAS:
+^
− ⇔
−^
H 2 Ca) SO R( Ca H SO R 2
(^23)
2 3
+^
− ⇔
−^
Na 2 Ca) SO R( Ca Na SO R 2
(^23)
2 3
F. Ácida ->F. sódica->F. sódica->
+^
− ⇔
−^
Na 2 Ca) COO R( Ca
COONa R 2
2
2
−
−^
− ⇔
−^
Cl 2 SO) ) CH(N R(
SO Cl) CH(N R 2
4 (^23) 3
(^24)
(^33)
F. clorada->
F. básica->
−
−^
− ⇔
−^
OH 2 SO) ) CH( NH R(
SO OH) CH( NH R 2
4 (^22) 3
(^24)
(^23)
Base polimérica Base polisacárida
Base zeolítica
(Detergentes)
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
EQUILIBRIO DE ADSORCIÓN CALOR DEADSORCIÓN:En el proceso deadsorción gas-sólido lacantidad de energíadesprendida es algosuperior a calor latentede condensación puedeafectar al proceso.
j comp.
j comp.
p K 1
p K q q
LangLang max^ + =
+^ ∑
=
j
ii jj maxi i^
pK 1
pK )q ( q n/ 1
pkf
q^ =
+^ ∑
=
j
n/ (^1) j j
n/ (^1) i io i i^
i j pK 1
pK )q( q p k q^
lin
Presión parcial de soluto, p
Equilibrio gas-sólido:
El adsorbato (soluto
adsorbido) tiene la consideración de un líquido.Por lo tanto las condiciones que favorecen lacondensación favorecen asimismo la adsorción:Baja temperatura; Alta presión parcial delsoluto en el gas , dada por una elevada presióntotal y una elevada fracción molar del soluto enel gas. Salvo la relación de Langmuir, quepresenta una base teórica, el resto deexpresiones tienen un carácter empírico. Equilibrio líquido-sólido:
En este caso el proceso
está determinado por la selectividad específica deladsorbente, siendo determinantes, la relaciónadsorbente-adsorbato y afectando en menormedida la temperatura de operación. Lasexpresiones son similares a la de los gases, peroutilizando, habitualmente el término deconcentración (mol/m3) como variableindependiente. El calor de adsorción en este caso no es relevante,denominándose calor de humectación.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
PROCESOS DE TRANSFERENCIA:
El proceso de adsorción conlleva la
transferencia del soluto a través de la capa límite de la partícula(transporte externo) y en el interior de los poros de la partícula(Transporte interno). La retención de la molécula no esta controlada.^ Transporte externo:
(^
) si bi c i i^
c cA k dN dt n^
Para partículas esféricas: En caso de partículas no esféricas puedeutilizarse el concepto de esfericidad:
partícula área
volumen
mismo del
esfera la de área
_
= ψ
Transporte interno: La aplicación de la Ley de Fick tanto a ladifusión molecular como la difusión superficial:Coeficiente global:
Integra ambas.
En gases con elevadasconcentraciones, puedeser importante latransferencia de calor Mas útil para el diseño:
(^
) b s^
T
T
hA dQ dt q^
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
DISEÑOS DE PROCESOS DE ADSORCIÓN E INTERCAMBIO
Línea de desorción
Línea de adsorción
Procesos continuos:
Requiere movimiento de sólido, sólo justificado para altas producciones.
Intercambio iónico:
Adsorción
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ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
OPERACIÓN EN LECHO FIJO
PUNTO RUPTURA
PUNTO SATURACIÓN
OPERACIÓN REAL:
La dificultad del movimiento del sólido, determina laoperación en lecho fijo, donde el fluido con el solutoatraviesa el lecho de partículas adsorbentes.Conforme retiene el soluto, el lecho pierde sucapacidad de adsorción, permitiendo el paso a nuevascapas de sólido, hasta que finalmente el solutoaparece a la salida del lecho. Términos de interés:punto de ruptura:
El tiempo en el que aparece el
soluto (0.05*C
).F^
Curva de ruptura
: La evolución de la concentración
con el tiempo se denomina.Punto de saturación: El tiempo en el que eladsorbente está agotado (0.95*C
)F
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ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
PUNTO RUPTURA
PUNTO SATURACIÓN
OPERACIÓN EN LECHO FIJO
OPERACIÓN REAL:
Adsorción en equilibrio Adsorción controlada cinéticamente Resol. NuméricaEc. Diferencial Parcial
(^
* c
c
kK
q^ t
Sol. Aproximada
Sol. Rigurosa OPERACIÓN IDEAL E IRREVERSIBLE
S
q
c Q u^
_FFF_* = c
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
SEPARACIONES CROMATOGRÁFICAS:Desde su invención por M.S. Tswet para la separaciónde pigmentos coloreados, se ha constituido como latécnica de separación analítica más potente. Unapequeña cantidad de analito se pone en contacto enuna corriente eluyente (gas ó líquido) en contacto conun sólido o líquido que selectivamente separa susconstituyentes.
Oven
PROCESOS DE SEPARACIÓN
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
ADSORCIÓN E INTERCAMBIO IÓNICO
SEP. CROMATOGRÁFICAS EN OPERACIONES INDUSTRIALES:Pese a ser el único P.S. que permite separar múltiples compuestos enuna sola operación, no ha tenido un gran desarrollo industrial, debido aser un proceso discontinuo y la pequeña cantidad tratada por unidad devolumen de equipo. Dos líneas de trabajo se han aplicado con éxito:^ La cromatografía preparativa
(Química fina), con el mismo plantea-
miento que la analítica pero con columnas de hasta 4 m de diámetroTras la inyección de a mezcla que debe separarse, se utiliza eleluyente (puede ser un fluido supercrítico) para arrastrar cada uno delos componentes, cuando se detecta la presencia de un compuesto sedirige la corriente de fluido hacia un colector. Tras la purificación dela fracción colectada, se recupera el eluyente y se concentra elcompuesto de interés.El tipo de C.P es altamente dependiente del tamaño del adsorbato.
