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ingeniería química experimentación
Tipo: Diapositivas
1 / 29
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¡No te pierdas las partes importantes!
para comprender las practicas.
básicos de la transferencia de materia.
Bibliografía
Henley E.J., Seader J.D., Roper D.K., Separation Process Principles,
Ed. Wiley 2011
Definición
Movimiento neto de un componente en una mezcla, donde este componente
existe, debido a la diferente concentración del mismo en la mezcla.
Ejemplos: Pozos de lluvia, dispersión de una mancha contaminante en un río…
Mecanismos
DIFUSIÓN MOLECULAR
Movimiento molecular fortuito (aleatorio) en los fluidos en reposo o en flujo
laminar.
DIFUSIÓN TURBULENTA
Desplazamiento y mezcla de distintas porciones de fluido por flujo turbulento.
Ley de Fick
A A A AB AB
del gradiente de concentración y de la facilidad con que las partículas
atraviesan el medio. El signo negativo indica la dirección del flujo (mayor a menor concentración.
JA, flujo molar del compuesto A, molA/m^2 s
DAB , coeficiente de difusividad del compuesto A en el medio B, m^2 /s
CA , concentración del compuesto A, molA/m^3
C, concentración total, mol/m^3
xA, fracción molar del componente A
La velocidad media del flujo puede definirse como:
A B m
i i i
Ni, flujo molar del compuesto i por unidad de superficie, molA/m^2 s
N, flujo molar total por unidad de superficie, mol/m^2 s
Ci , concentración del compuesto i, molA/m^3
C, concentración total, mol/m^3
Velocidad de difusión, como velocidad de flujo media del compuesto i, se define:
i iD i m i
Velocidad de difusión de un compuesto
Ensayo de difusión molecular
En un tanque en el que el gas B se encuentra sometido a una
presión P y temperatura T constante junto a una capa de
líquido A, en el que es insoluble, se observa que:
B
A
A A A AB
dx N x N cD dz
AB A A A
cD dx N x dz
A
A
z x AB A z x A A
cD dx dz N x
2 2
ln
AB A A A
cD x N z z x
2
2 1 1
Integrando,
Es un estado cuasi-estacionario, no se produce la acumulación de las especies y la concentración total
permanece constante
Desarrollando la expresión logarítmica,
ln ln
A A (^) A A A (^) LM A A
A A
x x (^) x x x x x
x x
(^2 1 1 )
2 2
1 1
ln
AB A AB A A AB A A A A (^) LM A LM
cD x cD x x cD^ x N z z x z z x x z
2 1 2
2 1 1 2 1
El flujo molar por unidad de superficie del compuesto i, está relacionado
con la caida del nivel del compuesto i en el líquido
AB A L A A (^) LM L
cD x dz N z x M dt
t (^) L A z LM z L AB A
x dt t zdz M cD x
2
(^01)
Ensayo de difusión molecular
y pendiente x
Ensayo de difusión molecular
Ensayo de difusión molecular
Eq. de
Antoine
Teoría de la doble película
Coeficiente global de transferencia de materia A A AB
AB A Ab Ai (^) G G
AB A Ai Ab (^) L L
Se forma una fina capa a ambos lados de la alimentación.
La doble película esta en estado laminar. Por lo tanto, la transferencia de
materia es acorde a la descrita por la ley de Fick.
La resistencia a la transferencia de materia en la interfase es 0. Por lo tanto, en
la interfase se logran las concentraciones del equilibrio.
Hay diferentes etapas en régimen turbulento. Por lo tanto , las
concentraciones son uniformes.
La película genera una resistencia a la transferencia de materia.
Cálculo de la altura de columna
(^) (^) , ,
AB A Ab Ai (^) G G A G A Gi G
G 1 ,y 1 L 1 ,x 1
G 2 ,y 2 L 2 ,x 2
Gy+d(Gy)
Gy
Lx+d(Lx)
Lx
dh
Resolviendo el balance de materia diferencial:
Gy d Gy( ) Lx d Lx( ) Gy Lx
dNi d Gy( ) ( Lx) K a yy yi (^) Sdh
S S S
G G dy G G y G d Gy d y G
y y y
y ^ i
dy G K a y y Sdh
y
Coeficiente global de transferencia de materia
G 1 ,y 1 L 1 ,x 1
G 2 ,y 2 L 2 ,x 2
Gy+d(Gy)
Gy^ Lx+d(Lx)
Lx
dl
ln
y BL TG (^) y i
y (^) y y N dy y y y y y
1
2
1
2
Nº unidades transf.
Cálculo de la altura de columna
H O
t
p y p
(^2) *
v H O
t
p y p
2
G 1 ,y 1 L 1 ,x 1
G 2 ,y 2 L 2 ,x 2
Gy+d(Gy)
Gy^ Lx+d(Lx)
Lx
dl
Cálculo de la fracción molar del agua
Humedad absoluta:
ura H O^ H O aire t H O aire (^) aire t H O H O aire
m M^ p HM p H p m (^) M p p M HM
2 2 2 2 2
H O
t
p y p
2
Fracción molar del agua en fase gas:
Humedad relativa:
H O r (^) v H O
p H p
2
2
v H O
t
p y p
2
Fracción molar respecto al agua:
