DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMÉTRICO GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MATERIA K L a V

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). X Y YAi μY μi XAi μX JA Coeficiente de reparto μYi = μXi = μi

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 • KLavse 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