Estudio hidrodinámico de una columna de absorción empacada para su eficiente operación a nivel laboratorio

Abstract

En este trabajo se desarrolló una metodología teórica-experimental basada en la hidrodinámica de diseño básico de una columna de absorción empacada a contracorriente para el sistema aire-CO2-agua con el objetivo de validar el uso de la misma en el laboratorio de Ingeniería Química, para uso y disposición de los alumnos del Programa Educativo de Ingeniería Química de la Facultad de Química UAEMéx. En primera instancia, se hizo la selección del empaque considerando material, costo y accesibilidad. Una vez seleccionado el empaque se llevó a cabo la caracterización de este mediante un método experimental, encontrando que resulta favorable realizar el empacado en seco, ya que, el número de piezas por metro cúbico es mayor, lo que implica que el área de contacto sea más grande, es decir, el empacado al azar en seco favorece el tiempo de contacto de los flujos de líquido y de gas, lo que se traduce en una mayor transferencia de masa. Posteriormente, se determinaron los coeficientes de transferencia de masa volumétricos locales y globales y se implementó un procedimiento iterativo para validar el diseño de la columna de absorción. Los resultados más importantes de este trabajo muestran que, para un diámetro de 0.1 m y altura de empaque de 0.32m de la columna, el flux de líquido a la entrada del equipo debe ser de 1.278 kmol/m2s, mientras que el flux de gas debe ser de 0.23 kmol/m2s. Las composiciones de diseño de las fracciones molares que satisfacen el sistema a la entrada de la columna fueron de 0 para el líquido x2 y 0.1 para el gas y1. Las fracciones molares que satisfacen el sistema a la salida son 0.018 para el líquido x1 y 0.008 para el gas y2. Los coeficientes volumétricos resultantes son 3.411 kmol/m3s y 33.284 kmol/m3s para la fase del gas y el líquido, respectivamente. Las condiciones de operación mencionadas se consideran las más idóneas para este sistema y se satisfacen si la columna de absorción opera a 1 atm de presión y 20ºC, de esta manera se alcanza una eficiencia del 93%.