Optimización de Procesos de Separación: Absorción, Adsorción y Membranas

Procesos de Separación

Absorción

Líquido Absorbente: Selectividad alta de C respecto de B. Solubilidad elevada del gas. Afinidad química entre el absorbente y C. Líquido no volátil. En mezclas ideales, bajo peso molecular. Absorción con RQ reversible. Bajo coste. No corrosivo. No tóxico. No inflamable. Baja viscosidad. Estable químicamente. Punto bajo de congelación.

Características del Relleno: Alta superficie interfacial. Alta porosidad. Tamaño del relleno. Químicamente inerte. Resistente mecánicamente. Coste. Rellenos al azar/estructurados (más costosos y menor pérdida de carga).

Torres de Relleno: Menor caída de presión. Retención del líquido sustancialmente menor. Valores altos de relación líquido-gas. Menor burbujeo. Sistemas espumantes. Menos costosos si hay corrosión. No útil en sólidos.

Torres de Platos: Valores muy bajos de relación líquido-gas. Enfriamiento del líquido. Corrientes laterales. Limpieza. No útil en sólidos.

Lixiviación

Factores de Lixiviación:

• Estructura del Material: Minerales: molienda/trituración para mejorar la accesibilidad. Remolacha: corte en rodajas finas para la extracción del azúcar. Secado de plantas.
• Menor Tamaño de Partícula: Aumenta el área superficial (a). Disminuye la resistencia a la difusión externa. Problemas de flujo (ej. palta). Se dificulta la separación.
• Aumento de Temperatura: Favorece la solubilidad. Disminuye la viscosidad. Puede solubilizar productos indeseados. Evaporación. Productos termolábiles.
• pH: Puede mejorar la solubilidad. Puede solubilizar productos indeseados.
• Agitación: Aumenta k. Evita la sedimentación. Aumenta el gasto.
• Disolvente: Selectividad y solubilidad alta. Viscosidad baja. Químicamente inerte. Presión de vapor baja. No tóxico. No inflamable. Bajo coste.

Adsorción

Fisisorción: Enlaces débiles. Calor de adsorción pequeño. Poco específica. Mono o multicapa. No hay disociación de las especies adsorbidas. Significativas solo a bajas temperaturas. Rápida y reversible.

Quimisorción: Enlaces iónicos y covalentes. Calor específico grande. Altamente específica. Siempre en monocapa. Puede haber disociación. Posible en un amplio intervalo de temperatura. Lenta e irreversible.

Propiedades de los Adsorbentes: Alta selectividad. Alta capacidad para minimizar la cantidad de disolvente. Cinética y termodinámica favorable para adsorción rápida. Química y térmicamente estable. Dureza y resistencia mecánica. Inerte químicamente. Resistencia al ensuciamiento. Capacidad de regeneración. Bajo coste.

Adsorbentes Comerciales:

• Carbón Activo: Oxidación parcial de materiales carbonosos. Amorfos. Habitualmente hidrofóbicos. Fácilmente regenerables al tener bajo calor de adsorción.
• Tamices Moleculares de Carbono: Habitualmente hidrofóbicos. Poros 0.2-1 nm. Separación de nitrógeno del aire.
• Alúmina Activa: Poro 1-7.5 nm. Amorfo. Hidrofílico. Superficie específica moderada. Eliminar agua de líquidos y gases.
• Zeolitas: Naturales y sintéticos. Aluminosilicatos cristalinos porosos. Alta superficie específica. Tamaño de poro 0.3-2 nm. Separación de compuestos por tamaño y forma molecular y polaridad.
• Sílica Gel: Material amorfo. Afinidad por el agua y otros compuestos polares.

Isotermas de Adsorción:

• Tipo I (Langmuir): Quimisorción. Microporosos. Adsorción en monocapa. A presiones bajas se llena la monocapa, luego valor constante. Cuando P ≈ 1, ocurre la condensación del líquido entre las partículas.
• Tipo II (BET): Macroporosos. Primero la monocapa (punto B), después las demás capas.
• Tipo III: No es adecuada para procesos de adsorción. Adsorbatos interaccionan poco con la superficie. A presiones bajas, poca adsorción.
• Tipo IV (BET): Punto B: llenado de monocapa. Proceso de histéresis. La adsorción sigue un camino distinto que la desorción. La histéresis ocurre por la condensación capilar en mesoporos.
• Tipo V: No es adecuada para procesos de adsorción. Proceso de histéresis.
• Tipo VI: Superficies planas y poco rugosas. Adsorción capa a capa uniforme.

Membranas

Ventajas: Bajo consumo de energía. Medioambientalmente limpias. Condiciones de operación suaves. Elevadas selectividades y eficacias. Equipos compactos y modulares.

Inconvenientes: Sensibilidad de la membrana. Tecnología en desarrollo.