DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA KLaV Absorción Es una operación de separación basada en la transferencia de.

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1 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA KLaV
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. Aplicaciones industriales: Procesos de separación de productos Recuperación de NH3 Eliminación de cloruro de hidrógeno Procesos de aeración utilizados en tratamiento de aguas Acuicultura…

2 DISEÑO DE EQUIPOS DE ABSORCIÓN
Para diseñar de los equipos es necesario conocer: Ecuaciones de velocidad T.M (coeficientes volumétricos de TM entre las fases) Dependen del mecanismo T.M. 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. Mecanismos de T.M.: Transporte molecular o difusión. Transporte convectivo o turbulento.

3 TRANSFERENCIA DE MATERIA EN UNA FASE
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 Condición límite para la T.M. Evolución hacia el equilibrio CA CA(z) C’A C’A JA ( mol/m2s ) : Flujo molar del componente A en la dirección z de difusión. DA ( m2/s ): Difusividad del componente A en la mezcla

4 TRANSFERENCIA DE MATERIA EN UNA FASE
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. Condición límite para la T.M. Evolución hacia el equilibrio CA CAi CA CAi JA ( mol/m2s ) : Flujo molar del componente A. k ( m/s ): Coeficiente individual de T.M.

5 TRANSFERENCIA DE MATERIA ENTRE DOS FASES
 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 X YAi μY μi XAi μX JA μYi = μXi = μi Coeficiente de reparto

6 TRANSFERENCIA DE MATERIA GAS-LÍQUIDO
cA*=PA /H PA*=HCA JA cA JA= -kg (PAi - PA) = -kl (cA - cAi) mol/m2s JA= kg (PA - PAi) = kl (cAi - cA) mol/m2s NA= kg·a (PA - PAi) = kl·a (cAi - cA) mol/s; a:superficie interfacial En función de la fuerza impulsora global y los coeficientes globales de transferencia de materia: NA= KG·a (PA – PA*) = KL·a (cA* - cA) PA* cA* Coeficientes globales de T.M. Se calculan a partir de los datos de equilibrio Ley de Henry: PA* = H.cA ; cA* = PA/H

7 TRANSFERENCIA DE MATERIA GAS-LÍQUIDO
NA = KG·a (PA – PA*) = KL·a (cA* - cA) (mol/h) av= a / V (m2/m3) (mol/m3h) 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

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

9 CONDICIONES EN LAS QUE SE ESTUDIA LA TRANSFERENCIA DE O2:
Con difusor Con agitador a 200 rpm Con agitador a 300 rpm 20 ºC y 30 ºC PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Estabilización térmica del sistema y medida de la concentración de saturación (CS ) del oxígeno en el agua para una temperatura. Eliminación total del oxígeno disuelto en el agua: 1l de agua + 0,09 g Na2SO3 + 0,01 g Nitrato de cobalto Na2SO3 + ½ O2  Na2SO4 ; Elimina el O2 del agua Una vez que el agua está exenta de O2 se comienza a producir su transferencia

10 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se pone en marcha el sistema de difusión o agitación y se empieza a medir la concentración de O2 en el agua: - Con el difusor: cada 30 s al principio y luego cada minuto. - Con el agitador cada minuto. Se toman medidas hasta llegar a la concentración de saturación o equilibrio: CO2* ~ Cs Obtención de KLav :  ;

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