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Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Transferencia de Masa

DISEÑO DE TORRES DE ABSORCIÓN DE GAS CARBÓNICO EN UNA MEZCLA CON NITRÓGENO Y OXÍGENO

1. Problema

0.65m3/s de un gas de caldera, limpio y frio, que contiene 15% CO2, 6% O2 y 79% N2 (en volumen), debe tratarse en un absorbedor con el fin de recuperar el CO2 para fabricar hielo seco. La operación, que puedeconsiderarse isotérmica, se llevara a cabo a 25 °C y presión atmosférica.

MEZCLA (% volumen) | CO2 15%, Nitrógeno 79%, oxigeno 6% |
CAUDAL DE MEZCLA (m3/s) | 0.65 |
TEMPERATURA(ºC) | 25 |
PRESIÓN (atm) | 1 |
Tabla 1: Especificaciones para el diseño del equipo de transferencia de masa.

2. Torre Empacada

2.1 Elección del Solvente

El primer planteamiento que requiere el problema eselegir el solvente a utilizar ya que puede haber muchos con características particulares respecto a la absorción del gas carbónico. Entre los solventes que más se utilizan para este fin están:

Tipo de solvente | Ejemplo |
Nitrogenados | Amoniaco |
| Aminas primarias: monoetanolamina(MEA), Diglicolamina(DGA) |
| Aminas secundarias: Dietanolamina (DEA), Diisopropanolamina (DIPA) || Aminas terciarias:Metildietanolamina (MDEA) Trietanolamina (TEA) |
Soluciones de sal alcalina | Carbonato de potasio |
solventes en estudio | 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP)amine KS-1 de Kansai Electric Power Company |
Tabla 2: solventes usados en la absorción de monóxido de carbono.

El solvente escogido fue la monoetanolamina (MEA). Estey otros solventes se pueden usar para laabsorción del gas carbónico sin embargo al revisar la literatura se encuentra que esta es la sustancia más utilizada en la industria para este tipo de abosorción debido a que los radicales libres de la amina hacen que el CO2 se combine dando un compuesto que necesita muy poca energía para descomponerse y regenerar la amina. (MORALES H, 2008).

Los principales problemas que presenta el uso de estesolvente son:

* Uso del oxigeno por encima del estequiométrico lo que hace que este reaccione con la amina produciendo efectos corrosivos importantes. Este inconveniente se desprecia ya que la concentración del oxigeno en la mezcla solo es del 6%. Y se puede despreciar aun mas trabajando con concentraciones de la amina entre 20-30 %.
* Reacción de aminas con los óxidos de nitrógeno yazufre dando lugar a sales que aumentan la pérdida de absorbente. En este caso no hay óxidos de azufre y la reacción de producción de oxido de nitrógeno a partir de nitrógeno y oxigeno requiere un proceso endotérmico que alcance condiciones de temperatura como las que se generan en los motores de combustión interna. (SIMAT)
* Salida de gases a altas temperaturas que producen la degradación dela amina y reduce su rendimiento. Este inconveniente se puede reducir evitando que se eleve la temperatura.

La elección de MEA en lugar de el carbonato de potasio se hace por que las aminas forman soluciones alcalinas más fuertes que el carbonato de potasio por lo que reducen en mayor grado el contenido de los gases ácidos (CO2) aumentado la absorción. Y porque aunque es manejable, lacorrosión que genera un carbonato es mayor que la de una amina.(DAN G. CHAPEL, 1999)

Por otro lado la elección de amoniaco sería la más indicada si se tiene en cuenta los resultados de An Chin Yeh y HsunlingBai donde se encontróque su porcentaje de absorción (99% equivalente a 1.20 kg CO2/kg NH3), es mayor que el de MEA (94% equivalente a 0.40 kg CO2/kg MEA) (AN CHIN YEH, 1999). Pero se cuenta con elinconveniente de que al ser una sustancia toxica requiere de un tratamiento especial.

Las propiedades y costos de algunos solventes amínicos se muestran a continuación:

De esta tabla se puede resaltar el menor costo de la monoetanolamina respecto a los otros solventes lo cual la hace más rentable para el proceso de abosorción. También se logra observar que la viscosidad absoluta de la...