Adsorcin
Instituto Politcnico Nacional
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniera y Ciencias
Sociales y Administrativas.Plantas y Procesos Industriales.Equipo:
Los emprendedoresIntegrantes:Barrios Godnez AlmaGuerrero Snchez
ngelHernndez Godnez FernandoMendoza Lorenzo Daniel Ivn
DefinicinLa adsorcin puede definirse como la tendencia de un
componente del sistema a concentrarse en la interfase, donde la
composicin interfacial es diferente a las composiciones
correspondientes al seno de las fases. En los procesos de adsorcin
hay dos aspectos que deben ser considerados; El efecto de la
adsorcin sobre la energa interfacial del sistema en el equilibrio
(termodinmica) La rapidez del proceso de adsorcin (cintica)
La adsorcin puede ocurrir en cualquier tipo de interfase (L-G,
S-G, L-S), sin embrago las diferentes caractersticas de las
interfases slidas y lquidas hace necesario un anlisis particular de
cada caso.
Se llama adsorcin al fenmeno de acumulacin de partculas sobre
una superficie. La sustancia que se adsorbe es el adsorbato y el
material sobre el cual lo hace es el esorcin. Los ejemplos de
adsorcin ms estudiados y mejor conocidos son los sistemas gas-slido
y lquido-slido
ADSORBENTEmedio slido sobre el que se realiza la adsorcin. El
material adsorbente por excelencia es el carbn activo ADSORBATOGas
o vapor (o lquido, en su caso) adsorbido. Como de mayor aplicacin
aparecen: compuestos orgnicos voltiles (COV), disolventes orgnicos
en particular, en concentraciones diluidas en aire.
Las caractersticas principales de la adsorcin son:
1.- La adsorcin es altamente selectiva. La cantidad adsorbida
depende en gran medida de la naturaleza y del tratamiento previo al
que se haya sometido a la superficie del adsorbente, as como de la
naturaleza de la sustancia adsorbida. Al aumentar la superficie de
adsorbente y la concentracin de adsorbato, aumenta la cantidad
adsorbida.2.- Es un proceso rpido cuya velocidad aumenta cuando
aumenta la temperatura, pero desciende cuando aumenta la cantidad
adsorbida.3.- Es un proceso espontneo, es decir, que G es negativa,
y en general est asociada con un aumento en el orden del adsorbato,
lo que significa que S es negativa, por lo cual, y de acuerdo con
la ecuacin G = H - T S, es generalmente exotrmica, lo que quiere
decir que H es negativo. El cambio en la entalpa cuando un mol de
adsorbato es adsorbido por la cantidad apropiada del adsorbente se
conoce como la entalpa de adsorcin.4.- Dado que los procesos de
adsorcin son generalmente exotrmicos, al aumentar la temperatura
disminuye la cantidad adsorbida.Diferencia de aDsorcin y
aBsorcinAdsorcin: es un proceso fsico o qumico por el cual tomos,
iones o molculas son atrapadas o retenidas en la superficie de un
materialAbsorcin: es un proceso fsico o qumico en el cual tomos,
molculas o iones pasan de una primera fase a otra incorporndose al
volumen de la segunda fase.
Clasificacin
La cantidad de soluto adsorbido es funcin de la naturaleza y rea
especfica superficial del adsorbente y del soluto, as como de la
presin (P) concentracin (C) de este ltimo y de la temperatura del
sistemaIsotermas de adsorcinA temperatura constante, se obtienen
lasisotermas de adsorcin, que cuantifican la adsorcin en funcin de
la concentracin del soluto en el equilibrio y se representan
grficamente.La cantidad de soluto adsorbida, se denota por la
letraa.
Las isotermas experimentales que ms comnmente se obtienen,
son:
Existen diferentes modelos matemticos para describir las
isotermas que se obtienen experimentalmente. Cada modelo contempla
una serie de consideraciones, como se menciona a continuacin:
Ejemplo:La clorohexidina es un antisptico que se utiliza en
higiene bucal y drmica. A fin de caracterizar sus propiedades de
adsorcin, se llev a cabo un estudio de adsorcin de clorohexidina en
disolucin acuosa sobre carbn activo, obtenindose los siguientes
resultados:
donde C es la concentracin en g/L de clorohexidina en el
equilibrio y x/m es la cantidad de sustancia adsorbida en gramos de
clorohexidina por gramo de carbn activo. Compruebe grficamente que
estos datos cumplen aproximadamente la ecuacin de
Freundlich.Determine los parmetros de dicha ecuacin, bien
grficamente o por mnimos cuadrados en la calculadora.
Resolucin:La ley de Freundlich se recoge en la expresin: x m = K
$ C 1 n ==> log x m = logK + 1 n logC Se hace primero una tabla
auxiliar con los valores de log(x/m) y logC y se representan:
Los puntos se ajustan bien a la recta propuesta, luego se
concluye que s que cumplen bien la ecuacin de Freundlich. Ahora se
obtienen los valores de los parmetros de la ecuacin de Freundlich
de la siguiente manera: o.o. = 0.40 u log k = 0.40 u k = 2.5
pendiente = 0.44 u 1 n = 0.44 u n = 2.3
Aplicando regresin lineal por mnimos cuadrados los valores
obtenidos son: o.o.= 0.39 => logK=0.39 => K=2.5 pend= 0.42
=> (1/n)= 0.42 => n= 2.4 r = 0.9991 (el ajuste de los puntos
a la recta es excelente)
Como era de esperar, los valores obtenidos por ambos mtodos son
muy semejantes, lo que confirma que ambos procedimientos se han
aplicado correctamente.TIPOS DE ADSORCINPodemos diferenciar tres
tipos de adsorcin, dependiendo de qu tipos de fuerzas existan entre
el soluto y el adsorbente. Estas fuerzas pueden ser de tipo
elctrico, de fuerzas de Van der Waals o de tipo qumico.Adsorcin por
intercambio. En este proceso el soluto y el adsorbente se atraen
por fuerzas electrostticas. Dicho de otra manera, los iones del
soluto se concentran en la superficie del adsorbente, que se halla
cargada elctricamente con signo contrario a los iones del soluto.
Si tenemos dos adsorbatos inicos iguales en varios factores, pero
uno con mayor carga que otro, el de mayor carga ser el que se
adsorbido. Para adsorbatos con igual carga, el tamao molecular es
el que determina cul ser adsorbido.
Adsorcin por fuerzas de Van der WaalsTambin llamada adsorcin
fsica o fisisorcin. En este tipo de adsorcin, el adsorbato no est
fijo en la superficie del adsorbente, sino que tiene movilidad en
la interface. Ejemplo de este tipo de adsorcin es el de la mayora
de las sustancias orgnicas en agua con carbn activado. En este tipo
de adsorcin el adsorbato conserva su naturaleza qumica.
Adsorcin qumicaSucede cuando hay interaccin qumica entre
adsorbato y adsorbente. Tambin llamada quimisorcin. La fuerza de la
interaccin entre adsorbato y adsorbente es fuerte, casi como un
enlace qumico. En este tipo de adsorcin el adsorbato sufre una
transformacin, ms o menos intensa, de su naturaleza qumica
ADSORBEDORES DE CARBN ACTIVADO GRANULAFLUJO ASCENDENTE Y
DESCENDENTECuando el flujo es descendente, el carbn tambin acta
como filtro, reteniendo los slidos suspendidos en la parte superior
de la cama. La desventaja est en que hay que contar con una bomba
capaz de vencer la cada de presin, que puede llegar a ser
considerable cuando hay presencia de slidos suspendidos. Al llegar
a ser inaceptable la cada de presin, hay que efectuar un
retrolavado. La frecuencia del mismo y la cantidad de lquido
utilizado para esta operacin pueden ser altas. La tubera debe
permitir el flujo descendente durante el ciclo de adsorcin y
ascendente durante el retrolavado.La adsorcin en flujo ascendente
puede realizarse manteniendo la cama de carbn compacta o
fluidizada. El segundo caso es el ms comn y se conoce como adsorcin
en cama expandida, que se utiliza en el tratamiento de lquidos con
un alto contenido de slidos suspendidos. La mayora de estos slidos
no se retienen, sino que pasan entre las partculas de carbn a lo
largo de toda la cama y salen con el efluente tratado, evitando as
un taponamiento prematuro, y las consiguientes prdidas de tiempo y
de agua para el lavado. En este modo de operacin, la cada de presin
es relativamente baja y slo se requieren lavados ocasionales para
remover slidos suspendidos que se hayan acumulado. La tubera es ms
simple que en el caso de flujo descendente, ya que la direccin del
flujo en el ciclo de adsorcin es la misma que en el de lavado.FLUJO
POR GRAVEDAD Y FLUJO A PRESIN
El flujo por gravedad se utiliza principalmente en aplicaciones
que tratan grandes volmenes, como es el caso de las plantas
municipales de potabilizacin o de tratamiento de agua residual. En
este caso, son de cemento reforzado y su seccin suele ser
rectangular. Normalmente no cuentan con una tapa superior, excepto
en el caso de que el objetivo sea el evitar ensuciamiento
ocasionado por hojas y polvo. Tambin existen adsorbedores de flujo
por gravedad de tamao pequeo, que pueden ser tanques de acero o
plstico. Estos slo se utilizan cuando no existe la posibilidad de
bombear el fluidoLos adsorbedores de flujo a presin son de acero o
de fibra de vidrio. Generalmente son cilndricos verticales, de
tapas formadas, y se trabajan a presiones inferiores a 7 Kg/Cm2.
Aunque su operacin requiere de bombeo, tienen la ventaja de poder
utilizar mayores cargas hidrulicas -flujo por unidad de rea de
seccin-, lo que significa que son de menor tamao por unidad de
volumen de lquido tratado que los de flujo por gravedad. Las
caractersticas bsicas de los ad-sorbedores se muestran en la Tabla
I. Existen adems otras que los diferencian entre s, como los
distribuidores, colectores del lquido y los mtodos de soporte de la
cama.Tipo de adsorbedorMaterialDimetroAltura de lacama de
CAGComentariosFlujo por gravedadCemento reforzadoUsualmente son de
seccin rectangularHasta 1.2 mLa relacin largo-ancho usualmente es
de 2//1.requieren de un rea relativamente grandeFlujo a presinAcero
al carbn recubierto internamenteHasta 3.5 mHasta 10.0 mRequieren de
un rea relativamente pequeaFlujo a presinAcero inoxidable 316 o
fibra de vidrioHasta 1.5 mHasta 3.0 mRequieren de un rea
relativamente pequea.Suelen ser rentables en tamaos no muy
grandesAPLICACIONESExtraccin dehumedaddelaire
comprimido.Purificacin de agua, Tratamiento de aguas residuales,
Quitar olores, sabores o colores no deseados por ejemplo en
aceites, jarabes de azcar, Deshumidificacin de gasolinas,
Extraccin de humedad del aire comprimido.Se consigue haciendo
pasar el aire comprimido a travs de un lecho de almina activa u
otros materiales con efecto de adsorcin a la molcula de agua.La
saturacin del lecho se consigue sometiendo a presin el gas o aire,
as la molcula de agua es adsorbida por la molcula del lecho, hasta
su saturacin.La regeneracin del lecho, se consigue soltando al
exterior este aire comprimido y haciendo pasar una corriente de
aire presecado a travs del lecho.Lo habitual es encontrar secadores
de adsorcin en forma de dos columnas y mientras una adsorbe, la
otra es regenerada por el mismo aire seco de la columna anterior.
Este sistema se conoce cambio de presin por vaivn.
Fuentes de
informacinhttp://apuntescientificos.org/adsorcion-qbp.htmlhttp://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Unidad3Adsorcion_19664.pdfhttp://simfit.usal.es/burguillo/docencia/fisicoquimicaII/modulo4/ej_paso/Ejercicio_resuelto_4_1.pdfhttp://blog.mariogonzalez.es/2007/03/diferencia-entre-adsorcion-y-absorcion.html