Fundamentos de Procesos Químicos: Atmósfera, Absorción, Adsorción y Membranas

Composición y Estructura de la Atmósfera

Componentes Atmosféricos y Altitud

• Los componentes mayoritarios mantienen una misma proporción hasta los 80 km de altura.
• La proporción de O₃ es máxima a una altura de 25 km, debido a las reacciones fotoquímicas.
• La troposfera contiene prácticamente todo el vapor de agua y los aerosoles.
• La mesosfera y la termosfera presentan elevados contenidos en especies iónicas y atómicas: O₂⁺, N₂⁺, N y O.

Variación de la Temperatura con la Altitud

• Hasta los 10 km, disminuye de forma continua.
• Entre los 10 y 50 km, aumenta.
• Entre los 50 y 90 km, disminuye.
• A partir de los 90 km, aumenta.

Movimientos de Aire

En las zonas de pendiente (-), se producen movimientos de aire por convección.

Procesos de Absorción de Gases

Velocidad de Absorción

La velocidad de absorción es la cantidad de gas absorbido por unidad de tiempo, en un volumen determinado de líquido.

Una alta velocidad de absorción se logra cuando:

• El área interfacial es elevada (el valor de A es alto).
• La resistencia de la fase líquida al paso de gas es baja (el valor de 1/kL es bajo).

Factores que Influyen en el Área Interfacial

• Tipo de contacto entre fases.
• Existencia de reacción química.
• Existencia de fenómenos de coalescencia (sistemas con burbujeo).
• Porosidad del relleno (columnas de relleno).
• Geometría del absorbedor (diámetro y altura).
• Tamaño y número de burbujas de gas (sistemas con burbujeo).

Factores que Influyen en la Resistencia

• Naturaleza del líquido: Newtoniano, pseudoplástico, etc.
• Propiedades físicas del líquido: Tensión superficial, viscosidad, etc.

Preparación de la Lechada

• A partir de CAL (CaO) se prepara en dos etapas:
  1. La cal se transforma en hidróxido cálcico.
  2. Posteriormente, este en carbonato cálcico.

  Reacciones:

  • CaO + H₂O → Ca(OH)₂
  • Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O
• A partir de CALIZA (CaCO₃), esta se pulveriza finamente en un molino húmedo antes de preparar la lechada.

Proceso de Absorción de SO₂

El SO₂ disuelto reacciona, transformándose en una mezcla de sulfatos y sulfitos de calcio (sales muy poco solubles).

Regeneración de los Lodos

Son lodos que contienen grandes cantidades de sólidos disueltos (CaSO₄ y CaSO₃) y, por tanto, no se pueden regenerar.

Procesos de Adsorción

Principales Adsorbentes

Los adsorbentes más comunes incluyen: sílice, alúmina, carbón activo, zeolitas y resinas sintéticas.

Regeneración del Adsorbente

Al trabajar en discontinuo, con el tiempo, el adsorbente va perdiendo capacidad de adsorción hasta que se agota. Es necesario regenerarlo.

La regeneración del adsorbente consiste en recuperar el/los componente/s retenido/s para disponer del adsorbente en las condiciones iniciales.

Se puede realizar por:

• Arrastre con vapor de agua o con un gas inerte.
• Métodos térmicos.
• Combinación de los métodos anteriores.

Aplicaciones de la Adsorción

• Secado de corrientes gaseosas: Gel de sílice.
• Eliminación de olores de corrientes gaseosas: Carbón activo.
• Eliminación del sabor en el agua doméstica: Filtros de carbón.
• Desulfuración del gas natural: Zeolitas sintéticas.
• Decoloración de líquidos: Carbón activo.
• Recuperación de Compuestos Orgánicos Volátiles de corrientes gaseosas: Carbón activo.
• Tratamiento de aguas residuales: Eliminación de olores, sabor o exceso de desinfectantes.

Separación por Membranas

Tipos de Membranas según Permeabilidad y Selectividad

1. Usar membranas poco permeables y muy selectivas.
2. Usar membranas muy permeables y poco selectivas.
3. Usar membranas de permeabilidad y selectividad intermedias.

Fibra Hueca

En la configuración de fibra hueca, el gas de la alimentación circula sobre y entre las fibras, y algunos componentes se impregnan en ellas. El gas impregnado circula por el interior de cada una de las fibras y se mezcla al final con el gas procedente de otras fibras.