Separación De Mezclas Etanol-Agua Por Adsorción

1. INTRODUCCIÓN

La adsorción es una operación unitaria de separación basada en la capacidad especial deciertos sólidos (adsorbentes) para hacer que substancias específicas de una disolución líquida o gaseosa (adsorbatos) se concentren en la superficie de los mismos. Esta tendencia a concentrarse en la interfase sólido-fluido constituye el principio separador de este proceso y su diferenciafundamental con el resto de las operaciones de separación por transferencia de materia entre fases. Así, la diferencia fundamental entre adsorción y absorción estriba en el grado de homogeneidad que existe, en el equilibrio, en la fase ala que se transfiere el soluto. En absorción, existe una uniformidad a escala molecular, mientras que en adsorción las moléculas de soluto se encuentran confinadas enla superficie del sólido.

En general, los adsorbentes son sólidos porosos, de gran superficie específica y los másactivos suelen ser amorfos. Físicamente son sustancias pulverulentas o granulares que cuanto menortamaño tienen las partículas de adsorbente mayor será la superficie específica y mayor el rendimiento de laadsorción; sin embargo la permeabilidad del lecho disminuye mucho con eldiámetro de aquellas. Laspartículas de adsorbente deben tener resistencia mecánica y a la abrasión, filtrabilidad, regenerabilidad, nohincharse en contacto con las disoluciones a utilizar, etc. Químicamente, deberán ser resistentes a losadsorbatos y sus disoluciones así como a los agentes de regeneración.

Los tamices molecularesson zeolitas sintéticas de gran porosidad. El diámetro de los porosquese controla con el proceso de síntesis de las zeolitas regula el tamaño de las moléculas que pueden seradsorbidas por el sólido (de ahí el nombre de tamiz molecular), pudiendo llegar a ser muy selectivos.Industrialmente se pueden conseguir diferentes tipos cuyos diámetros nominales de poro varían entre 3 y10 A. Se utilizan para la deshidratación de gases y líquidos; para la separación de mezclasdehidrocarburos en fase gas y líquida. Se regeneran por calentamiento o lavado.

En un lecho fijo por el que se hace pasar continuamente una disolución líquida o gaseosa deun soluto que es adsorbido por el sólido, si la velocidad global de adsorción fuese infinita (adsorción instantánea), existiría en cada momento una sección plana transversal que dividiría el lecho en dos zonas: una totalmentesaturada de soluto y otra completamente virgen (figura 12a).Sin embargo, para una velocidad de adsorción finita (proceso real) esa sección transversal se convierte en una zona, más o menos ancha, que se denomina Zona de Adsorción (Z.A.)(figura 12b).

El perfil de concentraciones de sorbato que se desarrolla en esa zona, en forma de S invertida, se va desplazando a lo largo del lecho con unavelocidad mucho menor que la de circulación de la disolución hasta que alcanza el extremo del lecho. Este desplazamiento se ha convenido en llamar Onda de Adsorción (figura 12d). Hasta el momento en que la onda de adsorción alcanza el extremo del lecho, la concentración de la disolución emergente del lecho será prácticamente nula en adsorbato; pero a partir de ese momento la masa fluida emergentecomienza a tener cantidades crecientes de adsorbato hasta alcanzar un valor próximo al de entrada (figura 12c). A ese preciso momento, muy importante en el análisis de la adsorción en lecho fijo, se le conoce como Punto de Ruptura.

El perfil de concentraciones de sorbato que se desarrolla en esa zona, en forma de S invertida, se va desplazando a lo largo del lecho con una velocidad mucho menor que lade circulación de la disolución hasta que alcanza el extremo del lecho. Este desplazamiento se ha convenido en llamar Onda de Adsorción (figura 12d). Hasta el momento en que la onda de adsorción alcanza el extremo del lecho, la concentración de la disolución emergente del lecho será prácticamente nula en adsorbato; pero a partir de ese momento la masa fluida emergente comienza a tener...