Absorción de gases en líquidos

La absorción de gas en un líquido, la cual ocurre durante el proceso de limpieza por frotamiento, es una operación de unidad de ingeniería química estándar, desarrollada desde el punto de vista técnico y relativamente bien comprendida. Cuando se trabaja con concentraciones comparativamente elevadas de un gas contaminante (del orden del 1% o más), es práctica frecuente utilizar un sistema de flujo a contracorriente en una unidad tal como una torre de absorción empaquetada, como se muestra en la figura. Esto tiene la ventaja de que la concentración más baja del contaminante en el gas, se encuentra en contacto con el líquido más débil, el cual es el líquido absorbente en el que hay menor concentración del gas contaminante (o quizá líquido absorbente puro si no ha circulado dentro de un sistema cerrado). El líquido más concentrado que se separa de la columna de absorción entra en contacto con la concentración más elevada del contaminante. Entonces el líquido absorbente que se utiliza se puede retirar como desecho o se puede tratar de tal manera que sea posible reciclarlo. En muchos casos el contaminante, cuando se remueve (enjuga) del líquido absorbente, se puede utilizar como material básico para procesamiento ulterior. Así, una operación común en las refinerías de petróleo es la absorción del ácido sulfhídrico en una solución alcalina, su subsiguiente enjugue mediante el uso de vapor y luego su conversión en azufre. Este azufre es el material no elaborado que se usa en la producción de fertilizante (superfosfato).

Los contaminantes del aire que se encuentran presentes a concentraciones muy bajas se limpian con frecuencia por fricción en un sistema de corriente coordinada, donde el gas sigue la misma dirección que el líquido limpiador.

El tamaño del depurador de gases y su efectividad relativa son una función de una cantidad de parámetros: la superficie de exposición del líquido absorbente, la temperatura, el tiempo disponible y la fuerza de conducción que lleva a las moléculas del gas contaminante hacia la superficie del líquido y afecta su absorción. Esto depende de la naturaleza química y la interacción del gas contaminante con el líquido. Si el gas se absorbe con facilidad, por ejemplo amoníaco en agua, se tiene una gran fuerza de conducción y el sistema requerido puede ser relativamente más pequeño que si se trata de un sistema de absorción difícil, tal como dióxido de azufre en agua. La opción normal para la limpieza de SO2 por frotamiento no sería agua sino una solución alcalina, tal como amoníaco, en el cual el SO2 es muy soluble. La fuerza de conducción también es una función de la concentración del gas contaminante en la corriente de gas y en la superficie líquida, y se reduce conforme el líquido se aproxima a la saturación con el gas.

La superficie de exposición a través de la cual un gas se absorbe es una función del tamaño de la gota del líquido (en un depurador de gases de tipo rocío) o de las dimensiones y tipo de empaquetamiento (en una torre empaquetada), así como también de la cantidad de líquido por unidad de volumen de gas que se utiliza y de las dimensiones físicas del sistema. El cálculo del tamaño de una torre de absorción para efectuar un grado de purificación de gas específico es un cálculo de ingeniería mecánica estándar. Sin embargo, se debería destacar que el logro obtenido es una función compleja del diseño y del control de operación y que el diseño final es una función de la experiencia así como también de la teoría.

En general, los contaminantes gaseosos presentes a concentraciones moderadas, menos de cerca del 0,1% en volumen, se manejan con efectividad mediante depuradores líquidos de gases siempre y cuando se encuentre disponible un líquido absorbente adecuado. Los líquidos limpiadores para depuradores de gases incluyen agua para amoníaco y ácido clorhídrico en forma de gas, ácido sulfúrico para amoníaco, soluciones de metil y etilamina para ácido sulfhídrico, soluciones de sulfito de sodio y pastas aguadas de caliza para ácido sulfúrico y muchos otros. Los gases colectados, en algunos de los ejemplos ya mencionados, con frecuencia se enjugan de la fase líquida con vapor o mediante calentamiento directo, además de que se tratan, ahora como un producto más concentrado, mediante un proceso secundario. La remoción de ácido sulfhídrico a partir de gas natural y productos de refinería de petróleo y su subsiguiente reducción a azufre, es un ejemplo del uso de limpieza por frotamiento para concentración del contaminante antes de su conversión en una forma más útil o eliminable con mayor facilidad.