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…

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.

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

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.

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

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

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

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

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

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 :  ;

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