Absorcion de Gases

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA PROFESIONAL DE ING. QUIMICA

LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA II

TEMA:

ABSORCION DE GASES

PROFESOR:

Ing. Carlos Angeles Queirolo

ALUMNOS:

Altamirano Oncoy, Any K. 082133-K

Calderón Vargas, Diego A. 090093-D

García Martínez, Tulio I. 050789-H

Rebatta Huarcaya, Pablo M. 090877-E

Rojas Tacuchi, Katia 072808-E

GRUPO HORARIO: 04 - Q

FECHA DE REALIZACIÓN: 26-06-2014

FECHA DE PRESENTACIÓN: 03-07-2014

2014-A

Laboratorio de

INDICE

INDICE...........................................................................................................2

I. INTRODUCCION.....................................................................................3

II. MARCO TEORICO................................................................................8

2.1 ABSORCION DE GASES...................................................................4

2.2 TORRE DE RELLENO........................................................................4

2.3 TIPOS FRECUENTOS DE CUERPO DE RELLENOS.........................6

2.3 VELOCIDAD DE ABSORCION..........................................................6

III. EQUIPOS Y MATERIALES................................................................8

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL..................................................13

V. OBSERVACIONES EXPERIMENTALES.............................................16

VI. DATOS EXPERIEMTALES.................................................................17

VII. RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULADOS...............................18

VIII. ANALISIS DE RESULTADOS.........................................................30

IX. CONCLUSIONES................................................................................30

X. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA.........................................................30

ANEXOS......................................................................................................31

I.- INTRODUCCION

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Laboratorio de

La absorción de gases es una operación básica de ingeniería química,

efectúa el transporte de materia del componente o componentes de la fase

gaseosa solubles en el líquido absorbente, desde la fase gaseosa a la

liquida.

Operación de transferencia de materia cuyo objetivo es separar uno o más

componentes.

Se produce una transferencia de materia entre dos fases inmiscibles, veces

un soluto se recupera de un líquido poniendo este en contacto con un gas

inerte.

Tal operación, que es inversa de la absorción, recibe el nombre de desorción

de gases, des absorción o scripting. Operación unitaria en la cual la mezcla

gaseosa pone en contacto con el líquido.

II.- MARCO TEORICO

2.1 ABSORCIÓN DE GASES

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Laboratorio de

En la absorción de gases un vapor soluble se absorbe desde su mezcla con un gas inerte por medio de un líquido en el que el gas soluble es más o menos soluble. El lavado de amoníaco a partir de una mezcla de amoníaco y aire por medio de agua líquida es un ejemplo típico. El soluto se recupera después del líquido por destilación, y el líquido absorbente se puede desechar o ser reutilizado. A veces un soluto se recupera de un líquido poniendo éste en contacto con un gas inerte. Tal operación, que es inversa de la absorción, recibe el nombre de deserción de gases o stripping.

I.2 TORRES DE RELLENO

Un aparato frecuentemente utilizado en absorción de gases y en algunas otras operaciones es la torre de relleno, un ejemplo de ésta se representa en la Figura1.

El dispositivo consiste en:

Una columna cilíndrica, o torre, equipada con una entrada de gas y un espacio de distribución en la parte inferior.

Una entrada de líquido y un distribuidor en la parte superior. Salidas para el gas y el líquido por cabeza y cola,

respectivamente. Una masa soportada de cuerpos sólidos inertes que recibe el

nombre de relleno de la torre.

El soporte ha de tener una gran fracción de área libre de forma que no se produzca inundación en el plato de soporte. La entrada del líquido, que puede ser disolvente puro o una disolución diluida del soluto en el disolvente, y que recibe el nombre de líquido agotado, se distribuye sobre la parte superior del relleno mediante un distribuidor y, en la operación ideal, moja uniformemente la superficie del relleno.

El gas que contiene el soluto, o gas rico, entra en el espacio de distribución situado debajo del relleno y asciende a través de los intersticios del relleno en contracorriente con el flujo de líquidos. El relleno proporciona una gran área de contacto entre el líquido y el gas, favoreciendo así un íntimo contacto entre las fases. El soluto contenido en el gas rico es absorbido por el líquido fresco que entra en la torre, y el gas diluido o agotado abandona la torre.

Figura1: Torre de relleno

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Laboratorio de

Fuente: Warren L. McCabe; Julian C.Smith; Peter Harriott, “Operaciones unitarias en Ingeniería química”

El líquido se enriquece en soluto a medida que desciende por la torre y el líquido concentrado sale por el fondo de la torre.

Los principales requerimientos de un relleno de torre son:

1. Ha de ser químicamente inerte frente a los fluidos de la torre.2. Ha de ser resistente mecánicamente sin tener un peso excesivo.3. Ha de tener pasos adecuados para ambas corrientes sin excesiva

retención de líquido o caída de presión.4. Ha de proporcionar un buen contacto entre el líquido y el gas.5. Ha de tener un coste razonable.

I.3 TIPOS FRECUENTES DE CUERPOS DE RELLENOS

La mayoría de los rellenos de torre se construyen con materiales baratos, inertes y relativamente ligeros, tales como arcilla, porcelana o diferentes plásticos. A veces se utilizan anillos metálicos de pared delgada, de acero o aluminio. La porosidad del lecho y el paso para los fluidos se fuerzan haciendo las unidades de relleno irregulares o huecas, de forma que se entrelazan para dar lugar a estructuras abiertas con una porosidad de 60 a 95 por 100.

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Laboratorio de

Figura 2: Cuerpos de relleno típicos: (a) montura de Berl; (b) montura Intalox;(c) anillo Raschig; (d) anillo Pall.

Fuente: Warren L. McCabe; Julian C.Smith; Peter Harriott, “Operaciones unitarias en Ingeniería química”

I.4 VELOCIDAD DE ABSORCIÓN

En un proceso de absorción en estado estacionario, la velocidad de transferencia de materia a través de la película de gas será la misma que la de la transferencia a través de la película de líquido, pudiendo escribir la ecuación general para la transferencia de materia de la forma.

Donde PG es la presión parcial en la masa de gas, CL es la concentración en la masa del líquido, y P i Y Ci son los valores de la concentración en la interfase en donde se supone existen condiciones de equilibrio. Por lo tanto:

Estas condiciones pueden ilustrarse gráficamente de la forma mostrada en la figura 3 en la que ABF es la curva de equilibrio.

Figura 3: Fuentes impulsoras en las fases gaseosa y liquida

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Laboratorio de

Fuente: J.M Coulson, J. F Richardson, J. R. Backhurst “Ingeniería química: Operaciones básicas”

III.- EQUIPOS Y MATERIALES

1. Balanza Mecánica De Triple Brazo OHAUS. Tres brazos con indicadores o muescas alineados. Resorte de compensación de ajuste de "cero" Capacidad de pesaje: 2610g

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Laboratorio de

Sensibilidad: 0.1g

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Laboratorio de

Figura 4

Fuente: foto tomada en el Laboratorio de Operaciones Unitarias (LOPU)-UNAC

2. Equipo Torre de Absorción

Figura 5 Figura 6

Fuente: fotos tomadas en el Laboratorio de Operaciones Unitarias (LOPU)-UNAC

3. ProbetaEs un instrumento de laboratorio de química que se usa para: Medir el volumen de las sustancias.

Figura 7


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Laboratorio de

4. CronómetroEs un reloj que mide con gran precisión, un tiempo determinado en fracciones de segundos.

Figura 8

Fuente: Imagen de internet

5. EspátulaEs una lámina plana angosta que se encuentra adherida a un mango hecho de madera, plástico o meta, es utilizada principalmente para:tomar pequeñas cantidades de compuestos o sustancias sólidas, especialmente las granulares.

Figura 9


6. Vaso de Precipitado

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Laboratorio de

Un vaso de precipitados es un recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos.

Figura 10


7. Hidróxido de sodio

También conocido como soda cáustica o sosa cáustica es un hidróxido cáustico usado en la industria (principalmente como una base química).

A temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire (higroscópico).

Figura 11


Página 11

Laboratorio de

8. PicetaSon recipientes de plástico que se llenan generalmente con agua destilada.Uso: Se les emplea fácilmente para enjuagar materiales previamente

lavados, completar volúmenes de líquidos y lavar precipitados.

Figura 12


9. Equipo de titulaciónEl equipo de titulación consiste en una bureta, y un matraz erlenmeyer. Aparte de esto, tienes que agregarle unas cinco gotitas al matraz de fenolftaleína.

Figura 13


Página 12

Laboratorio de

IV.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Preparar 500 ml de una solución 0.01 M de NaOH y armar el equipo de titulación con el indicador de fenolftaleína.

Figura 14 Figura 15

Fuente: fotos tomadas en el Laboratorio de Operaciones Unitarias (LOPU)-

UNAC

Llenar el tanque hasta 3/4 de su nivel con agua, de preferencia desionizada y con hielo para bajar la temperatura para que haya una mejor absorción.

Página 13

Laboratorio de

Figura 16 Figura 17


UNAC

Encender la bomba y regular el caudal de agua a 200 litros/h.

Figura 18 Figura 19


UNAC

Encender el compresor y regular el caudal de aire a 30 litros/minuto.

Figura 20 Figura 21

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Laboratorio de


UNAC

Abrir lentamente la válvula del CO2 y regular el caudal a 15 litros/min.

Figura 22 Figura 23


Tomar la temperatura al líquido que va a re-circular. Después de 15 minutos, en condiciones estacionarias, tomar una muestra de 150 ml del líquido salida del fondo de la columna.

Figura 24

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Laboratorio de


Medir 50 ml de la muestra y titular con la solución de NaOH.

Figura 25 Figura 26


Repetir la toma de muestras cada 10 minutos, por dos veces más, así como la titulación.

V.-OBSERVACIONES EXPERIMENTALES

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Laboratorio de

El flujo del aire que se controlaba en la torre de absorción oscilaba ligeramente al inicio y al final de la prueba, se descarta esas variaciones por maneja un flujo volumétrico grande.

Lavar bien las fiolas, probeta y el vaso de precipitado antes de repetir las titulaciones para tener un resultado similar y/o homogéneo y evitar así un error mayor en los resultados.

No solo el agua es un solvente utilizado para la absorción de gases, pues esto se elige por ser de menor costo.

El liquido que contiene el soluto, o liquido rico, entra en el espacio de distribución situado tope del relleno y desciende a través de los intersticios del relleno.

VI.-DATOS EXPERIMENTALES

Se tomó muestra de la fase líquida al salir de la torre de absorción, se procedió a titular con una solución 0.01 M de NaOH, obteniéndose los siguientes datos:

Tabla: 1

I. 1ra Titulación

2da Titulación

II. 3raTitulación

4t Titulación

Volumen de muestra

50 ml 50 ml 50 ml 50 ml

Volumen gastado de NaOH

17.0 ml 16.6 ml 15.0 ml 16.0 ml

Flujo de CO2 15 L/min 15 L/min 15 L/min 15 L/min

Fuente: Elaboración propia

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Laboratorio de

VII.-RESULTADOS OBTENIDOS Y CALCULOS EFECTUADOS

Cálculos experimentales

Contantes de Henry: Tabla 2

TºC Hx10^(-4) atm/fm

0 0.0728

10 0.104

20 0.142

30 0.186

40 0.233

50 0.283

60 0.341

Fuente: elaboración propia

Grafica N°1

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Laboratorio de

0 10 20 30 40 50 60 700

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

f(x) = 2.38095238095238E-05 x² + 0.00304857142857143 x + 0.0721333333333333R² = 0.999916549870134

Temperatura °C

Hx10

(̂-4) a

tm/f

m

Fuente: elaboración propia

A 18°C tenemos

y = 2.38095E-05*(18)2 + 0.003048571*(18) + 0.072133333

H = 0.13472*10-4 atm/fm

Hallando la pendiente a fracciones molares:

m=100H A MWA

760∗PT∗MWB∗(1−x¿)

m= 100∗0.13472∗44 g /mol760∗1atm∗18 g/mol∗(1)

m=4.333∗10−6

Curva de equilibrio:

Y=( 0.13472∗10−4 X1+0.9999 X

)

De la curva de equilibrio también:

X 1max=( Y 1m+ (1−m )Y 1

)

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Laboratorio de

X 1max=( Y 1

4.333∗10−6+(1−4.333∗10−6 )Y 1)

Primera toma de muestra

Los flujos que se controlaron para la torre fueron:

Flujo de CO2: 15L/min

Flujo de aire: 30L/min

Flujo de agua: 200L/h

Fuente elaboración propia

Cálculo de concentración de líquido de salida.

CCO2*VCO2 =Csoda*Vt

CCO2=VT∗0.01Vmuestra

Vmuestra=30mL

VT=17mL

CCO2=17mL∗0.001M

30mL

CCO2=5.6667∗10−4M

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Laboratorio de

El balance de materia:

LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2

De los cuales:

X2= 0

Y1 = 15/30 = 0.5 mol CO2/mol aire (relación de volúmenes equivalente a relación de moles)

Gs= 30 L/min (aire) 1 mol ocupa a condiciones normales 22.4 L, entonces:Gs= (30/22.4)*(273.15/(273.15+18)) = 1.2564859 mol/min de aire.

Ls= 200L/h, teniendo en cuenta que la densidad del agua a 18°C es 998.4Kg/m3.

Ls=200 Lh∙1

m3

1000 L∙998.4

Kgm3 ∙

1Kmol18Kg

∙1000mol1Kmol

∙1h60min

=184.8889 molmin

Ls = 184.8889 mol/min

Teniendo en cuenta la siguiente relación:

C1=ρ sol∙(% peso)100∙ MWCO 2

Acomodando la relación en función del porcentaje en peso:

% peso=C1 ∙100 ∙ MW CO2

ρ sol

% peso=5.6667∗10−4 mol

L∙100 ∙44

KgKmol

∙1Kmol1000mol

998.4Kgm3 ∙1

m3

1000 L

% peso=2.4973 ∙10−3

x1=

% pesoMWCO2

% pesoMWCO2

+ 1−% pesoMWH 2O

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Laboratorio de

x1=

2.4973∙10−3

44 g /mol2.4973 ∙10−3

44 g /mol+ 1−2.4973 ∙10

−3

18 g/mol

x1=1.023 ∙10−3

X 1= 1.023∙10−3

1−1.023 ∙10−3

X 1=1.024 ∙10−3

LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2

184.889mol/min1.256443mol/min

= 0.5−Y 2

1.024 ∙10−3

Y 2=0.3493

Hallando la concentración de gas de salida:

y 2= 0.34931+0.3493

y 2=0.25887La relación Ls/Gs utilizada:

LsGs

= 184.889mol /min1.256443mol /min

LsGs

=147.152716

Hallando la relación Lsmin/Gs:LsmínGs

=0.5−0.3493X 1max

X 1max=( 0.5

4.333∗10−6+(1−4.333∗10−6 )∗0.5)

X 1max=0.9999Reemplazando:

LsmínGs

=0.5−0.34930.9999

LsmínGs

=0.1507

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Laboratorio de

Segunda toma de muestra






Vmuestra=30mL

VT=16.6mL

CCO2=16.6mL∗0.001M

30mL

CCO2=5.5333∗10−4M


LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2

De los cuales:

X2= 0




Ls=200 Lh∙1

m3

1000 L∙998.4

Kgm3 ∙

1Kmol18Kg

∙1000mol1Kmol

∙1h60min

=184.8889 molmin

Ls = 184.8889 mol/min


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Laboratorio de

C2=ρ sol∙ (% peso)100 ∙MWCO 2


% peso=C2 ∙100 ∙ MWCO2

ρ sol

% peso=5.5333∗10−4 mol

L∙100 ∙44

KgKmol

∙1Kmol1000mol

998.4Kgm3 ∙1

m3

1000 L

% peso=2.43855 ∙10−3

x1=

2.43855∙10−3

44 g /mol2.43855 ∙10−3

44 g /mol+ 1−2.43855 ∙10

−3

18g /mol

x1=9.9902 ∙10−4

X 1= 9.9902 ∙10−4

1−9.9902∙10−4

X 1=1 ∙10−3

LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2


=0.5−Y 2

1∙10−3

Y 2=0.35284


y 2= 0.352841+0.35284

y 2=0.26081La relación Ls/Gs utilizada:

LsGs

= 184.889mol /min1.256443mol /min

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Laboratorio de

LsGs

=147.152716


=0.5−0.35284X 1max

X 1max=( 0.5

4.333∗10−6+(1−4.333∗10−6 )∗0.5)

X 1max=0.9999Reemplazando:

LsmínGs

=0.5−0.352840.9999

LsmínGs

=0.14730

Tercera toma de muestra






Vmuestra=30mL

VT=15mL

CCO2=15mL∗0.001M

30mL

CCO2=5∗10−4M


LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2

De los cuales:

X2= 0


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Laboratorio de



Ls=200 Lh∙1

m3

1000 L∙998.4

Kgm3 ∙

1Kmol18Kg

∙1000mol1Kmol

∙1h60min

=184.8889 molmin

Ls = 184.8889 mol/min


C1=ρ sol∙(% peso)100∙ MWCO 2


% peso=C1 ∙100 ∙ MW CO2

ρ sol

% peso=5∗10−4 mol

L∙100 ∙44

KgKmol

∙1Kmol1000mol

998.4Kgm3 ∙1

m3

1000 L

% peso=2.2035 ∙10−3

x1=

2.2035∙10−3

44 g /mol2.2035 ∙10−3

44 g /mol+ 1−2.2035 ∙10

−3

18 g/mol

x=9.02607 ∙10−4

X 1= 9.02607 ∙10−4

1−9.02607 ∙10−4

X 1=9.034225∙10−4

LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2


= 0.5−Y 2

9.034225 ∙10−4

Y 2=0.3671

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Laboratorio de


y 2= 0.36711+0.3671

y 2=0.268524

La relación Ls/Gs utilizada: LsGs

= 184.889mol /min1.256443mol /min

LsGs

=147.152716


=0.5−0.3671X 1max

X 1max=( 0.5

4.333∗10−6+(1−4.333∗10−6 )∗0.5)

X 1max=0.9999

Reemplazando:LsmínGs

=0.5−0.36710.9999

LsmínGs

=0.132913

Cuarta toma de muestra






Vmuestra=30mL

VT=16mL

CCO2=16mL∗0.001M

30mL

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Laboratorio de

CCO2=5.3333∗10−4M


LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2

De los cuales:

X2= 0




Ls=200 Lh∙1

m3

1000 L∙998.4

Kgm3 ∙

1Kmol18Kg

∙1000mol1Kmol

∙1h60min

=184.8889 molmin

Ls = 184.8889 mol/min


C1=ρ sol ∙(% peso)100∙ MWCO 2


% peso=C1 ∙100 ∙ MW CO2

ρ sol

% peso=5.3333∗10−4 mol

L∙100 ∙44

KgKmol

∙1Kmol1000mol

998.4Kgm3 ∙1

m3

1000 L

% peso=2.35041 ∙10−3

x1=

2.35041 ∙10−3

44 g/mol2.35041 ∙10−3

44 g /mol+1−2.35041 ∙10

−3

18g /mol

x=9.62869 ∙10−4

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Laboratorio de

X 1= 9.62869 ∙10−4

1−9.62869∙10−4

X 1=9.637967 ∙10−4

LS

GS

= Y 1−Y 2X 1−X 2


= 0.5−Y 2

9.637967 ∙10−4

Y 2=0.358169


y 2= 0.3047981+0.304798

y 2=0.26371

La relación Ls/Gs utilizada: LsGs

= 184.889mol /min1.256443mol /min

LsGs

=147.152716


=0.5−0.358167X 1max

X 1max=( 0.5

4.333∗10−6+(1−4.333∗10−6 )∗0.5)

X 1max=0.9999

Reemplazando:LsmínGs

=0.5−0.3581670.9999

LsmínGs

=0.14204

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Laboratorio de

VIII. ANALISIS DE RESULTADOS

Como puede apreciarse en los resultados, se hace evidente que hay mayor concentración de CO2 en el gas de salida de la torre que en la solución de líquido de salida de la torre por una amplia diferencia.

Ls y Gs expresan los caudales de líquido y gas libres de contaminante, que son constantes ya que la transferencia de humedad de la fase líquida a la gas se considera despreciable

IX. CONCLUCIONES.

El aumento de la concentración de CO2 aumenta la cantidad de CO2 absorbido.

La variación de temperatura en el flujo de agua no afecta apreciablemente al proceso de absorción.

La velocidad de absorción depende del área de transferencia, como todos los procesos de transferencia de masa, así como del gradiente de concentraciones y del coeficiente de transferencia de masa.

X.-BIBLIOGRAFIA CONSULTADA Y REFERENCIAS.

WARREN L, MCCABE-JULIAN C.SMITH-PETER HARRIOTT “Operaciones Unitarias en Ingeniería Química”.

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Laboratorio de

J. M AUTOR COULSON, J. F AUTOR RICHARDSON, J. R. BACKHURST Ingeniería química “Operaciones básicas (Tomo II)”.

ANEXOS

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Laboratorio de

Procesos industriales de Absorción

La absorción de licuables se realiza en trenes absorbedores, utilizando un aceite absorbente de elevado peso molecular, el cual después de la sección de absorción donde se obtiene el gas natural, pasa a un reabsorbedor donde se produce gas combustible por la parte superior y el aceite con los líquidos absorbidos por la parte inferior, posteriormente pasan a una sección de vaporización y finalmente a la sección de destilación donde se separan los hidrocarburos ligeros obteniéndose al final una corriente líquida de etano más pesados, similar a las de las plantas criogénicas, la cual pasa a la sección de fraccionamiento. Por el fondo de la torre de destilación se obtiene el aceite absorbente pobre, que pasa a un proceso de deshidratación para retornar nuevamente a las torre absorbedora y reabsorbedora para continuar con el proceso de absorción.

Uno de los productos principales de esta planta es Gas natural seco (Gas natural, básicamente metano, listo para su comercialización) el cual es inyectado al Sistema Nacional de Ductos para su distribución. No menos importante es el producto denominado Líquidos del gas natural, el cual es una corriente en estado líquido constituida por hidrocarburos licuables (Etano más pesados) esta corriente constituye la carga a las plantas fraccionadoras.

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Absorcion de Gases

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