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¿Cómo se estudia este tema?Transferencia de Masa entre dos Fases
Definiciones e Importancia
• Fase: Porción líquida, gaseosa o sólida de un sistema, limitada por superficies y sin discontinuidades en su seno.
• Esta transferencia implica la existencia de la INTERFASE.
• Se presenta en la mayoría de las Operaciones de Transferencia de Masa.
• El estudio se realiza sobre ESTADO ESTACIONARIO.
¿Qué es una Interfase?• Concepto: Superficie que separa fases inmiscibles (para nuestro caso, 2 fases inmiscibles).
• Suposiciones: No presenta discontinuidad.No presenta resistencia a la transferencia de masa.
No hay acumulación del componente transferido.
El equilibrio se alcanza en forma instantánea.
Equilibrio: Un estudio necesario
• Necesidad: Conocer el comportamiento de un sistema en el equilibrio.
• Conveniencia: Particularizar para una Operación Unitaria y luego, generalizar.
• Absorción: Pasaje del componente A desde la fase gaseosa hacia la fase líquida.
• Ejemplo de Aplicación: Sistema NH3 – H2O
Conclusiones del EstudioVelocidad de difusión en cada fase depende del gradiente de concentración que existe en cada una de ellas.
Alejamiento de la posición de equilibrio es lo que genera la fuerza impulsora para la difusión.
Difusión Interfacial• Se estudia para cuantificar la Velocidad de Difusión.
• ¿Qué se debe tener en cuenta?.
• Fuerzas Impulsoras y Coeficientes de Transferencia de Masa
Difusión InterfacialPerfil de Concentración Componente
AbsorbidoSección de la Torre:
Gradiente de Concentración
Sección de la Torre:Gradientes de Presión y
Concentración
¡¡¡Problema!!! No se pueden usar directamente datos (concentraciones, presiones), referidos al seno de la fase, junto con los Coef. Transf. Masa para evaluar la Veloc. de Transf. Masa en la Interfase.
¿Motivo?: No se relacionan de igual manera con el potencial químico (la verdadera fuerza motríz que causa la transferencia de masa)
Teoría de Lewis – Whitmann (Teoría de la Doble Capa o Doble
Resistencia)
• En la Interfase se alcanzan concentraciones (presiones) de equilibrio para las fases gaseosa y líquida.
• Resistencia a la difusión se encuentra en dos capas situadas a ambos lados de la Interfase.
Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de
DifusiónUso de Coeficientes Individuales (Coeficientes Peliculares) de Transferencia de Masa.
Recordar: No hay acumulación del componente A (transferido) en la Interfase.
Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de
Difusión• Caso: Componente A (gaseoso) difunde a través de película gaseosa estacionaria y a través de película líquida.
Ecuación:
• Reordenando:
Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de
Difusión• Caso: Componente A (gaseoso) difunde a través de película gaseosa estacionaria y a través de película líquida.
• Ecuación:
Reordenando:
Coeficientes Globales de Transferencia de Masa
• ¿Porqué aparecen estos Coeficientes?
Coef. de Película son difíciles de determinar.
Coef. de Película dependen de:Difusividad.Espesor de películas gaseosa (kG) y líquida (kL).
Uniformidad de Superficie Interfacial.Concentraciones Interfaciales.
Coeficientes Globales de Transferencia de Masa
• Tipos de Coeficientes Globales de T. de Masa.
Kx:Ky:KG:KL:KX:KY:
Transferencia de Masa Global entre dos Fases: Velocidad de
DifusiónEcuación:
pe
Ce
(pG – pe)(Ce – CL)
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de MasaVelocidad de Difusión:
Operando:
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de Masa
Combinando las dos últimas expresiones:
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de Masa(n´): Pendiente segmento
BF
(n´) = [(pi – pe) / (Ci – CL)]
Reemplazando:
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de MasaVelocidad de Difusión:
Operando:
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de Masa
Combinando las dos últimas expresiones:
Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de
Transferencia de Masa(1/n”): Inversa Pendiente
Segmento AB
(1/n”) = [(Ci – Ce) / (pG – pi)]
Reemplazando:
Relaciones entre Coeficientes Globales de Transferencia de
Masa• Operando:
• Teniendo en cuenta los valores de n´ ; n” y (kG / kL), se obtiene:
donde n´´´ = pendiente recta AF.
Relaciones entre Coeficientes Globales de Transferencia de
Masa• Si el sistema cumple la Ley de Henry:
n´ = n” = n´´´ = H
• Por lo tanto:
Resistencia Controlante• Cuando n´→ 0, se tiene:
→
Consecuencia: La película gaseosa es quien ejerce la resistencia controlante a la transferencia de masa interfacial.
Resistencia Controlante• Cuando (1/n”) → 0; se tiene:
→
Consecuencia: La película líquida es quien ejerce la resistencia controlante a la transferencia de masa interfacial.
Ejercicio de Aplicación En un estudio experimental de absorción de amoniaco en agua en una columna de paredes mojadas, el valor de KG se ha encontrado en 0.205 mol NH3 /hr ft2 atm. En un punto de la columna el gas contiene un 8% molar de NH3 y la concentración en la fase líquida es 0.004 mol NH3 / ft3 de solución. La temperatura del sistema es 68 ºF y la presión total es de una atmósfera. En estas condiciones la constante de la ley de Henry del sistema es 0.15 atm /(mol NH3/ft3). Si un 85% de la resistencia total a la transferencia de masa se encuentra en la fase gaseosa, calcule los coeficientes interfaciales de transferencia y la composición de ambas fases en la interfase.