Trampa de gases para neutralizar dióxido de azufre con hidróxido de calcio en el equipo de digestión kjeldahl.

Universidad Autónoma de Tlaxcala

Facultad de Ciencias Básicas Ingeniería y Tecnología.

Proyecto integrador.

“Trampa de gases para neutralizar dióxido de azufre con hidróxido de calcio en el equipo de digestión kjeldahl.”

Química Industrial.

Segundo semestre.

Aldahir Rodríguez Rayón

Jesus Gracia Rivera

Viernes, 06 de Junio de 2014

Trampa de gases para neutralizar dióxido de azufre con hidróxido de calcio en el equipo de digestión kjeldahl.

Introducción.

Introducción

Los óxidos de azufre (SOx) se encuentran en la atmosfera en forma de dióxido de azufre (SO2), trióxido de azufre (SO3) y ácido sulfúrico (H2SO4).Estos provocan diversos problemas ecológicos en la atmosfera, situaciones pluviales ácidas (lluvia ácida), desencadenando corrosión en diversos materiales y problemas de salud como enfermedades respiratorias y cardiacas.

“Oxidación heterogénea en fase acuosa o sobre la superficie de partículas, catalizada por sales de hierro y manganeso presentes en cenizas procedentes de combustión:

So₂ + Ca(OH)₂ →CaSO₄+H₂

“Oxido de calcio”

Toda forma física en las que aparece el óxido de calcio (CaO) denominada cal viva. Existe la posibilidad de añadir agua a la cal viva para obtener la denominada cal apagada o hidróxido de calcio Ca(OH)2.

Debido a la contaminación que con lleva la expulsión de gases como óxidos de azufre al medio ambiente sin ningún tratamiento previo, la necesidad de intervenir para evitar la propagación de contaminantes que perjudiquen nuestro medio ambiente y salud. De ahí partimos con la propuesta de implementar una trampa de hidróxido de calcio para neutralizar el dióxido de azufre, evitando sea agresivo para el ecosistema mismo.

Marco Teórico.

Según el Sistema de Información Ambiental de Colombia (SIAC) “los óxidos de azufre  se encuentran en la atmosfera En forma de dióxido de azufre , trióxido de azufre  y ácido sulfúrico ”. Estos provocan diversos problemas ecológicos en la atmosfera, situaciones pluviales ácidas (lluvia ácida), desencadenando corrosión en diversos materiales y problemas de salud como enfermedades respiratorias y cardiacas.

Según Gobierno de Navarra-Web. Las características generales de los óxidos de azufre son formaciones en dióxidos y trióxidos de azufre ,  donde el trióxido de azufre es un compuesto inestable. Ambos son gases incoloros, teniendo olor acre e irritante el dióxido de azufre.

La fuente del dióxido de azufre son prácticamente a partes iguales de fuentes naturales y antropogénicas principalmente procesos de combustión estacionaria.

Por último la formación de los óxidos de azufre se lleva a cabo en la combustión de toda sustancia contenedora de azufre a partir de dos reacciones siendo en la segunda, el equilibrio se halla desplazado hacia el dióxido de azufre por la inestabilidad del trióxido de azufre especialmente si existe un metal catalizador de la reacción:

La afectación en la atmosfera su evolución.

“Oxidación heterogénea en fase acuosa o sobre la superficie de partículas, catalizada por sales de hierro y manganeso presentes en cenizas procedentes de combustión:

Oxidación homogénea:

Fotooxidación directa, con luz de longitud de onda entre 240 y 400 nm:

Reacción con oxidantes en fase acuosa para dar ácido sulfúrico, ”.

Efectos.

Los efectos ecológicos son de impacto para las plantas y animales en dosis elevadas; siendo los sulfatos los de mayor efecto. Sin embargo el peor efecto es cuando reacciona con el agua del aire, formando ácido sulfúrico disuelto que nos da origen a lluvia ácida.

Composición de la lluvia ácida:

Ácidos como sulfúrico, clorhídrico o nítrico, así como sales de estos; siendo el ácido sulfúrico el de mayor proporción por la solubilidad que presenta. Al aplicar medición de pH de agua pluvial en condiciones normales es de 5.5 y 5.7 mientras que la de lluvia ácida es próximo a 4.0.

“La emisión de gases de la quema de hidrocarburos pesados como SO2, SO3, estos contamínate se llegan a producir por dos medios por la forma heterogenia se produce por dos rutas principales: oxidación homogénea (se lleva a cabo con oxígeno atómico y molecular) y oxidación heterogénea (se lleva a cabo en una superficie sólida como algunos compuestos de sodio, hierro y vanadio presentes en la ceniza).” (Garfias-y-Ayala y Barajas-Weber, 1995). Ninguno de los demás contaminantes son más peligrosos que estos y Cuando dichas emisiones se encuentran en concentraciones elevadas contribuyen a la afectación del medio ambiente como también a la salud del ser humano y afectan al entorno que dichas sustancias se liberan en el medio. (Garfias-y-Ayala y Barojas-Weber, 1995) “La cual la emisión de gases contaminantes se ha elevado a lo largo del tiempo con la creación de fábricas o empresas que queman combustibles pesados”. (Garfias-y-Ayala y Barojas-Weber, 1998), la reducción de estos contaminante mediante el escape por chimeneas de fábricas o en laboratorios durante la quema de ácidos sulfúrico para la eliminación del SO2, SO3 mediante de un recolector de gases. Estos métodos usan materiales muy costosos como reactivos de igual o mayor precio. Se pretende crear un mecanismo fácil y barato para retener y neutralizar dichos contaminantes por medio de los gases despedidos en la quema de combustibles orgánicos, ácidos volátiles, etc. Promedio de un recolector de gases con un reactivo que permita convertirlo en una sustancia neutra para no a ser daños a materiales y al mismo medio ambiente.

Existe un prototipo del cual se emplean determinadas técnicas de neutralización de gases que a continuación se presentan.

Las partículas pueden ser sedimentables o no sedimentables. En el ambiente laboral importan las partículas respirables es decir aquellas que se encuentran en suspensión.

Estas partículas se miden con unos equipos portátiles que son unas mochilas, donde se encuentra una bomba y las baterías para hacerla funcionar. El equipo se monta sobre un operario o sobre un inspector y este hace la tarea normal de su trabajo, llevando el equipo constantemente conectado. Recoja el aire a la misma altura por donde lo hace una persona al respirar. Los filtros que se utilizan son muy pequeños y suelen ser de celulosa o metilcelulosa. Estos filtros se retiran y se pesan cuidadosamente para conocer el peso de las partículas que se ha depositado sobre él. Como el equipo también registra el caudal de aire que ha pasado por su interior, entonces se puede conocer la concentración del contamínate.

A la altura de la boca o la nariz, se encuentran las boquillas porta filtro, que permite que el equipo “Una trampa para vapor es un dispositivo que permite eliminar: condensado, aire y otros gases no condensables, además de prevenir pérdidas de vapor”. Tiene diferentes tipos de dispositivos de dispositivos para atrapar aire. (Diego-Marín y col., 2005).

 Eliminación de condensado: El condensado debe pasar siempre, rápido y completamente a través de la trampa para vapor para obtener mejor aprovechamiento de la energía térmica del vapor.

 Eliminación de aire y otros gases no condensables: El aire y los gases disminuyen el coeficiente de transferencia de calor. Además, se debe tener presente que el O2 y el CO2 causa corrosión.

 Prevención de pérdidas de vapor: No deben permitir paso de vapor sino hasta que éste ceda la mayor parte de energía que contiene, también las pérdidas de vapor deben ser mínimas mientras la trampa libera vapor condensado, aire y gases in-condensables. (Walpole y col., 1999).

Tan pronto como el vapor deja la caldera empieza a ceder parte de su energía a cualquier superficie de menor temperatura. Al hacer esto, parte del vapor se condensa convirtiéndose en agua, prácticamente a la misma temperatura.  La combinación de agua y vapor hace que el flujo de calor sea menor ya que el coeficiente de transferencia de calor del agua es menor que el del vapor. De acá nos podemos dar cuenta de la importancia de las trampas de vapor para una empresa que utiliza algún equipo calentado con vapor. Las ventajas de utilizar trampas son muchas, nombrando unas de las más comunes la de economizar grandes cantidades del combustible requerido para calentar las inmensas cantidades de agua lo que Con lleva a un ahorro en los costos no despreciable. (Walpole y col., 1999). Teniendo en cuenta la energía que puede entregar al trabajar con vapor es que en el mercado existen varios tipos de trampas de vapor. Y la mayoría de las trampas de vapor utiliza un aditivo para neutralizar o poder condensar la sustancia convirtiendo en una sustancia liquida y neutra para reducir la contaminación de las sustancia

Hidróxido de magnesio.

Hidróxido metálico el cual presenta propiedades básicas por lo que se le utiliza regularmente como antiácido. El nombre que recibe de acuerdo a la nomenclatura (IUPAC) es Hidróxido de magnesio siendo su fórmula , aunque se le conoce con otros nombres como leche o magma de magnesia.

Se obtiene de la siguiente reacción ya que el hidróxido de magnesio es poco soluble.

Bajo ciertas condiciones es posible obtener por reacción directa óxido de magnesio con agua ya que es ligeramente soluble.

Planteamiento del problema.

Dentro de la Facultad de Ciencias Básicas, Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Tlaxcala, se utilizan diversos equipos en los laboratorios, entre ellos y destacando uno en específico es el de digestión kjeldahl, el cual solo cuenta con una campana de respiración al exterior para la expulsión de gases generados durante el proceso del mismo, derivando un problema de contaminación, ya que en gran mayoría los gases que se liberan reaccionan con el aire del medio; haciendo énfasis en el dióxido de azufre gas generado cuando se utiliza ácido sulfúrico como disolvente digestor, este reacciona con aire generando ácido sulfúrico nuevamente y provocando precipitaciones pluviales ácidas mejor conocida como lluvia ácida.

Objetivo General

Implementar un captador  de gases de dióxidos de azufres, para adaptar  al equipo kjeldahl  en los laboratorios de la Facultad de ciencias básicas, ingeniería y Tecnología  y así disminuir la contaminación por emisiones.

Objetivo Especifico

Diseño de una trampa de  hidróxido de calcio para neutralizar los óxidos de azufre. 

Seleccionar los materiales resistentes para la construcción del equipo captador de gases.

Construir la trampa de hidróxido de calcio, con los materiales seleccionados e instalar en el equipo.

Justificación

Debido a la contaminación que conlleva la expulsión de gases como óxidos de azufre al medio ambiente sin ningún tratamiento previo, la necesidad de intervenir para evitar la propagación de contaminantes que perjudiquen nuestro medio ambiente y salud. De ahí partimos con la propuesta de implementar una trampa de hidróxido de calcio para neutralizar el dióxido de azufre, evitando sea agresivo para el ecosistema mismo.

Hipótesis.

Utilizando Hidróxido de magnesio  para neutralizar óxidos de azufre como disyuntor de contaminación ambiental por gases tóxicos.

Metodología.

·       Se realizan cortes medidos de la lámina de fibra de vidrio para hacer la caja de neutralizadora de gases.

·       Se ensamblan las piezas junto con un empaque para evitar el escape de gases.

·       Se adhieren los broches de la tapa superior de la caja neutralizadora de gases.

·        Se aplica un recubrimiento interno de hidróxido de calcio en placas sobre una tela que se adhiere a las paredes.

·       Se añaden las dos placas de tela de hidróxido de calcio como trampa horizontal dentro de la caja.

·       Se coloca el equipo captador de los gases para ponerla aprueba.

·       La construcción de las placas de hidróxido de calcio dependiendo la cantidad de placas de neutralización.

·       Se cortan los tubos de pvc a las medidas indicada dependiendo a las placas.

·       Unir los tubos de pvc con los unidores del mismo material y pegándolos con una adhesivo.

·       Crear una masa con el óxido de calcio a adicionándole agua hasta que se forme un mesclas acuosa.

·       En la mescla de acuosa de hidróxido de calcio sumergir las telas absorbentes durante 1:00 hora hasta que las tela que de impregnada de hidróxido de calcio completa mente. 

·       Dejar secar la tela con el hidróxido de calcio y colocarlas en el marco de tubo  de pvc.

·        Sujetar las telas en el marco con los cinchos de plástico.

·       Colocar las placas en sus respectivos lugares.

·       Para el retirado delas placas dejar que todos los gases hayan salidos dela trampa dejar lo reposar 24 horas.

·       Desprender cuidadosamente las placas del equipo cuando haya pasado el tiempo indicado de uso o las placas hayan cambiado de color de un color blanco a un verde oscuro.

·       Cortar los cinchos de los marcos para que la tela se pueda desprender.

Ya desprendida la tela hacerle un proceso de neutralización en una solución de hidróxido de calcio.

·       ya neutralizadas se puede utilizar como abono para las plantas.

Resultados

De acuerdo con lo establecido en lo teórico la trampa para gases que presentamos y conforme a la innovación realizada sobre el prototipo de la misma, se obtuvo una reducción en los costos de los materiales utilizados para la construcción de la misma, siendo estos últimos, materiales de reciclaje añadiendo valor al tipo de proyecto por su ámbito ambientalista y sin perder el objetivo de cuidar el medio ambiente y su ecología.

Las pruebas realizadas al material adecuado (polipropileno) para la construcción del prototipo fueron satisfactorias, donde se revisaron las características físicas del material una vez fundido y hecho placa, así como pruebas de resistencia a los ácidos directamente como líquidos y percatándonos que las propiedades físicas no se veían alteradas, mantenían su forma, color, textura y la flexibilidad antes y después de calentarse.

En las pruebas realizadas a las telas de algodón contra los ácidos y la cantidad de hidróxido de calcio sin deformarse, o descomponerse fue una resistencia completamente a los ácidos, a las bases y al calor sin presentar cambio alguno.     

Discusión de resultados.

El material de polipropileno presenta propiedades físicas idóneas para la construcción de las trampas de gases debido a sus altos niveles de fundición y anticorrosivos al contacto con ácidos, se denota el inconveniente para la elaboración de las placas, ya que no fue posible su desarrollo debido a que no se contaba con un equipo inyector, para que las placas de polipropileno no sufrieran deformación alguna por presión y temperatura. En la elaboración de las placas de hidróxido de calcio se tuvo una excelente adherencia a las mayas de algodón el óxido de calcio junto con el agua, sin ninguna de formación de las telas de algodón.  

Conclusiones.

Cumpliendo con los dos primeros objetivos específicos, a un paso del tercero y con base en los estudios previos:

La construcción de trampas  de hidróxido de calcio ofrece un sistema neutralizante de una variedad de gases   contaminantes,  procedentes  de  sistemas de reacción. Los sistemas químicos adaptados con una trampa de hidróxido de calcio no liberan  ningún  olor de la reacción, además que los materiales ocupados para su construcción serán completamente reciclados. El aire del laboratorio se encuentra libre de los gases del sistema químico ya que la trampa los adsorbe y de esta manera  se contribuye a proteger al medio ambiente. Al  adsorber  los  vapores tóxicos  e irritantes, la trampa protege  la salud de alumnos, profesores,  técnicos  e investigadores. El uso  de trampas es especialmente conveniente en donde   existan campanas de extracción o sean insuficientes, porque ofrece un sistema económico de protección ambiental y de salud, aun mejor que el que se obtiene con el uso de  las  campanas, las  cuales no eliminan los tóxicos enviándolos a la atmósfera. Las placas de hidróxido de calcio debido al  uso mínimo del equipo se considera tengan un tiempo de vida aproximada de 2 años.