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DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA K L a V Aplicaciones industriales:  Procesos de separación de productos 

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Presentación del tema: "DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA K L a V Aplicaciones industriales:  Procesos de separación de productos "— Transcripción de la presentación:

1 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA K L a V Aplicaciones industriales:  Procesos de separación de productos  Recuperación de NH3  Eliminación de cloruro de hidrógeno  Procesos de aeración utilizados en tratamiento de aguas  Acuicultura… Absorción  Es una operación de separación basada en la transferencia de materia entre una fase gas y un líquido, siendo ambas fases inmiscibles.  En la absorción se produce la transferencia selectiva de uno o más componentes de una mezcla gaseosa a un disolvente líquido de reducida volatilidad.

2 Mecanismos de T.M.:  Transporte molecular o difusión.  Transporte convectivo o turbulento. Variables de la cinética de T.M. :  Fuerza impulsora: diferencia de composiciones o de potenciales químicos.  Resistencia a la T.M. a través del sistema.  Equilibrio termodinámico: El proceso de T.M. se detiene cuando se alcanza dicho equilibrio. Dependen del mecanismo T.M. Ecuaciones de velocidad T.M. (coeficientes volumétricos de TM entre las fases) DISEÑO DE EQUIPOS DE ABSORCIÓN Para diseñar de los equipos es necesario conocer:

3  Transporte molecular o difusión: sólo existe T.M. por movimiento individual de las moléculas del fluido. Se da en fluidos en reposo o que fluyan en régimen laminar. Ley de Fick TRANSFERENCIA DE MATERIA EN UNA FASE J A ( mol/m 2 s ) : Flujo molar del componente A en la dirección z de difusión. D A ( m 2 /s ): Difusividad del componente A en la mezcla CACA C A (z)C’ A Evolución hacia el equilibrio Condición límite para la T.M.

4  Por convección:  Se produce en fluidos que circulan en régimen turbulento.  Hay un componente adicional de T.M. debido a la mezcla de partes macroscópicas del fluido con diferentes concentraciones (T.M. más eficaz)  La resistencia a la T.M. se acumula en una capa de espesor δ donde el mecanismo de T.M. es la difusión. TRANSFERENCIA DE MATERIA EN UNA FASE J A ( mol/m 2 s ) : Flujo molar del componente A. k ( m/s ): Coeficiente individual de T.M. CACA C Ai Evolución hacia el equilibrio Condición límite para la T.M. CACA C Ai

5 TRANSFERENCIA DE MATERIA ENTRE DOS FASES Coeficiente de reparto μ Yi = μ Xi = μ i μYμY μXμX μiμi Y X JAJA Condición de equilibrio:  Igualdad de potencial químico para el componente en ambas fases.  No implica concentraciones iguales en las fases.  La T.M. cesa cuando la relación de concentraciones de A entre las dos fases alcanza la del equilibrio (coeficiente de reparto). Y Ai X Ai

6 TRANSFERENCIA DE MATERIA GAS-LÍQUIDO cAcA J A = k g (P A - P Ai ) = k l (c Ai - c A ) mol/m 2 s N A = k g ·a (P A - P Ai ) = k l ·a (c Ai - c A ) mol/s; a:superficie interfacial En función de la fuerza impulsora global y los coeficientes globales de transferencia de materia: N A = K G ·a (P A – P A * ) = K L ·a (c A * - c A ) P A * c A * Se calculan a partir de los datos de equilibrio Ley de Henry: P A * = H.c A ; c A * = P A /H P A *=HC A c A *=P A /H JAJA Coeficientes globales de T.M. J A = -k g (P Ai - P A ) = -k l (c A - c Ai ) mol/m 2 s

7 (mol/m 3 h) Necesario para el diseño de los equipos de absorción  Los coeficientes de transferencia de materia se determinan:  Experimentalmente por medidas de caudal y concentración.  Por relaciones empíricas: Sh = a ·Re · Sc  Factores de los que depende el coeficiente global de transferencia de materia:  Naturaleza del sistema (concentraciones, densidades, viscosidades, difusividades).  Régimen de flujo: caudales de gas y/o líquido, agitación, geometría del equipo, etc.  Presión y temperatura TRANSFERENCIA DE MATERIA GAS-LÍQUIDO N A = K G ·a (P A – P A * ) = K L ·a (c A * - c A ) (mol/h) a v = a / V (m 2 /m 3 )

8 OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Determinar experimentalmente el coeficiente volumétrico global de transferencia de materia K L a v del oxígeno del aire a agua (absorción G-L), en un tanque agitado, para diferentes condiciones experimentales. INSTALACIÓN

9 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1l de agua + 0,09 g Na 2 SO 3 + 0,01 g Nitrato de cobalto Na 2 SO 3 + ½ O 2  Na 2 SO 4 ; Elimina el O 2 del agua Una vez que el agua está exenta de O 2 se comienza a producir su transferencia 1.Estabilización térmica del sistema y medida de la concentración de saturación (C S ) del oxígeno en el agua para una temperatura. 2.Eliminación total del oxígeno disuelto en el agua: CONDICIONES EN LAS QUE SE ESTUDIA LA TRANSFERENCIA DE O 2 :  Con difusor  Con agitador a 200 rpm  Con agitador a 300 rpm 20 ºC y 30 ºC

10 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 3.Se pone en marcha el sistema de difusión o agitación y se empieza a medir la concentración de O 2 en el agua: - Con el difusor: cada 30 s al principio y luego cada minuto. - Con el agitador cada minuto. 4.Se toman medidas hasta llegar a la concentración de saturación o equilibrio: C O2 * ~ C s 5.Obtención de K L a v :  ;

11 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL  K L a v se obtiene mediante ajuste de los datos experimentales a la recta anterior: Pendiente: - K L a v (t -1 )  Con difusor  Con agitador a 200 rpm  Con agitador a 300 rpm


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