LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Transcripción

1 UNIVERSIDD DEL ZULI FCULTD DE INGENIERÍ ESCUEL DE INGENIERÍ QUÍMIC DEPRTMENTO DE INGENIERÍ QUÍMIC BÁSIC LORTORIO DE OPERCIONES UNITRIS I DIFUSION BINRI EN FSE GSEOS Profesora: Marianela Fernández

2 Objetivo General Calcular el coeficiente de difusión binaria en fase gaseosa para la difusión molecular en estado pseudo estacionario de un componente a través de una película de gas estancada.

3 Objetivos Específicos Calcular el coeficiente de difusión binaria experimental y teórico para cada líquido en el aire. Calcular el flujo molar N Z experimental y teórico para cada líquido en el aire.

4 Transferencia de Masa Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de un punto a otro, presenta una tendencia natural a transferir la masa, haciendo mínimas las diferencias de concentración dentro del sistema, la sustancia que se difunde abandona una región de alta concentración y pasa a un lugar de baja concentración.

5 Mecanismos de Transferencia de Masa El mecanismo de transferencia de masa depende de la dinámica del sistema en el que se lleve a cabo. sí mismo se puede decir que existen dos modos de transferencia de masa: Molecular: La masa es transferida por movimiento molecular al azar en fluidos en reposo. Convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ser : Natural y Forzada.

6 Difusión Molecular En la difusión molecular se trabaja con el movimiento de las moléculas individuales a través de una sustancia debido a su energía térmica. La teoría cinética de los gases proporciona una forma de imaginar lo que sucede. Se puede imaginar que una molécula viaja en línea recta con una velocidad uniforme, que choca con otra molécula y que entonces su velocidad cambia, tanto en magnitud como en dirección. La velocidad promedio de la molécula depende de la temperatura. Como la molécula viaja en una trayectoria en zigzag, la distancia neta en la dirección en la cual se mueve durante cierto tiempo rapidez de difusión, sólo es una pequeña fracción de la longitud de su trayectoria real. Por esta razón, la rapidez de difusión es muy pequeña, aunque podría aumentar con un descenso de presión, que reduciría el número de choques y un incremento de temperatura, que aumentaría la velocidad molecular.

7 Difusión Molecular La difusividad, o coeficiente de difusión, D de un componente en solución en B, que es una medida de la movilidad de difusión, se define como la relación de su flujo molar J y su gradiente de concentración relativo a la velocidad molar promedio. J D C z cd x z 1era Ley de Fick El signo negativo hace hincapié que la difusión ocurre en el sentido del decremento en concentración. La difusividad es una característica de un componente y de su entorno (temperatura, presión, concentración ya sea en solución liquida, gaseosa o sólida y la naturaleza de los otros componentes).

8 Flujo Molar El Flujo molar de una especie dada, es una cantidad vectorial que denota la cantidad de la especie particular, ya sea en unidades de moles o masa, que pasa en un incremento dado de tiempo a través de un área unitaria normal al vector. Relativo a la velocidad Molar Promedio Ji Ci( i ν) Relativo a un sistema de coordenadas fijo Ni c i i

9 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente Gas y 2 Zo y 1 Z 1 Líquido

10 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente Una de las fronteras cambia de lugar con el tiempo partir de la ecuación de flujo molar: N D z f C 1 ln 1 y y 2 1 Relación entre el flujo molar y la cantidad de componente que sale del líquido N Z C L dz dt

11 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente Combinando las ecuaciones anteriores e integrando D CL 2tC ( z 2 t 1 ln 1 z y y 2 t ) C L C PM P RT D : Difusividad molecular del componente en B, [L 2 /t] Difusión es el movimiento neto espontáneo de partículas desde una área de alta concentración a un área de baja concentración en un volumen dado de fluido (líquido o gas) debido a un gradiente de concentración.

12 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente P Coeficiente de Difusión (m 2 /s) Proporcionalidad de Fick T Y Gases m 2 /s Líquidos m 2 /s Sólidos m 2 /s

13 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente Las expresiones teóricas modernas para la determinación del coeficiente de difusión han intentado tomar en cuenta las fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas. Hirschfelder, Bird y Spotz utilizando el potencial de Lennard-Jones para evaluar la influencia de las fuerzas intermoleculares presentaron la siguiente ecuación para el cálculo del coeficiente de difusión en pares de moléculas no polares y no reactivas al estado gaseoso. D 1 0, T M P M B : Diámetro de colisión B 2 : Integral de colisión / k ( / k)( / k) B Tc 2,44 Pc 1/3 / k 0, 77 T c / k 1, 15T b 1/3 1,18V b 1/3 0,841V c

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15 Difusión unidimensional, en estado pseudoestacionario, de un componente Simplificando la ecuación de Hirschfelder, Bird y Spotz puede predecirse el comportamiento del coeficiente de difusión a cualquier temperatura y presión inferior a 25 atm a partir de un valor experimental conocido utilizando la siguiente ecuación: D T2, P2 D T1, P1 P1 P2 T T 2 1 3/ 2 D/ T 1 D / T 2 : Diámetro de colisión : Integral de colisión / k ( / k)( / k) / k 0, 77 T c B / k 1, 15T b 1/3 1,18V b B 2 T c 2,44 Pc 1/3 1/3 0,841V c

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17 Celda de rnold Esta celda está compuesta por un tubo angosto (de geometría cuadrada teóricamente) que se encuentra parcialmente lleno con líquido puro, que se mantiene a una temperatura y presión constantes. El gas B, que fluye a través del extremo abierto del tubo, tiene una solubilidad despreciable en el líquido y también es químicamente inerte respecto de. El componente vaporiza y se difunde en la fase gaseosa. La rapidez de vaporización puede medirse en forma física y también expresarse en forma matemática en términos del flujo en masa molar.

18 Procedimiento Experimental Difusión Convectiva Difusión Molecular

19 Procedimiento Experimental Conducto de aire spa Motor Canalizador de ire Reóstato Celda de rnold

20 Hoja de Toma de Datos Experiencia 1. Determinación de la Difusividad para la cetona Tiempo (min) ltura (mm) Experiencia 2. Determinación de la Difusividad para el Etanol Tiempo (min) ltura (mm)

21 Hoja de Toma de Datos Datos Generales. Temperatura (ºC) Presión (mmhg) Voltaje (V) Dcilindro (cm) Velocidad del aire (m/s)