Transferencia de masa entre fases

Transferencia de masa entre fases

Problemas resueltos de transferencia de masa interfásica

1.TEORÍA DE LA DIFUSIÓN La difusión es el movimiento, bajo la influencia de un estímulo físico, de un componente individual a través de una mezcla La causa más común de la difusión es un gradiente de concentración del componente difusor. Por ejemplo, el proceso de disolución del amoníaco en el agua: (1)Un gradiente de concentración en la fase gaseosa hace que el amoníaco se difunda hacia la interfase gas-líquido; (2)El amoníaco se disuelve en la interfase; (3)Un gradiente en la fase líquida hace que el amoníaco se difunda hacia el líquido en masa.
Un gradiente de concentración tiende a mover el componente en una dirección tal que iguala las concentraciones y destruye el gradiente. Si las dos fases están en equilibrio entre sí, la difusión, o flujo de transferencia de masa, es igual a cero. Otras causas de difusión: gradiente de actividad (ósmosis inversa); gradiente de temperatura (difusión térmica); aplicación de un campo de fuerza externo (difusión forzada, por ejemplo, centrífuga, etc.). Dos tipos de difusión causada por el gradiente de concentración: difusión molecular(分子扩散) y difusión de remolinos(涡流扩散). [por ejemplo, proceso de difusión de la tinta en el agua estancada o agitada…]

Retroalimentación

En las separaciones químicas, podemos utilizar modelos termodinámicos para predecir la composición en cada fase en el equilibrio.    Por ejemplo, la Ley de Raoult describe las composiciones de las fases de vapor y líquido en el equilibrio.    Los modelos de transferencia de masa nos ayudan a entender cómo podemos manipular el proceso para alcanzar el equilibrio de una manera más rápida o más económica.
Este capítulo revisará brevemente los fundamentos de la transferencia de masa en sistemas gas-líquido porque muchos de los procesos de separación en este manual implican el movimiento de especies entre las fases gas y líquida.
El SO2 se absorbe del aire al agua utilizando una torre de absorción empaquetada. En un lugar específico de la torre, sabemos que la presión del SO2 es de 0,15 atm. Las mediciones de la composición del gas por encima y por debajo de este punto de la torre nos han indicado que el flujo de SO2 hacia el agua es de 0,0270 kmol de SO2 m-2 hr-1. Pudimos tomar muestras de la fase líquida en este lugar y descubrimos que contenía 3,0×10-4 mol de SO2/mol. Suponiendo que este sistema se ajusta a la teoría de la película, encuentre el espesor de la película.

Fórmula del coeficiente global de transferencia de masa

Para entender el efecto de las condiciones de operación en la transferencia de masa entre diferentes fases en un recipiente agitado mecánicamente, se llevó a cabo un estudio de modelo en frío con parafina líquida como fase de dispersión y agua intercambiada por iones como fase continua. El diámetro interior del recipiente, D, se varió junto con la profundidad, H0, como D=H0=400 y 300 mm. La velocidad de rotación, N, se modificó entre 50-240 rpm, la relación de volumen, Voil/Vw, de la fase dispersa a la continua fue de 5,9×10-2 y 1,2×10-1.
La tasa de transferencia de masa líquido/líquido mostró una tendencia característica dependiendo del patrón de mezcla líquido/líquido. Se mantuvo casi constante en el nivel inferior de la región I, aumentó monotónicamente en la región II, excepto cerca de la región III, y su tasa de aumento disminuyó en la región II cerca de la región III. El patrón de mezcla líquido/líquido se agrupó en tres regímenes I: la región en la que la interfaz líquido/líquido no llegó al impulsor, II: la región en la que la interfaz líquido/líquido llegó a la posición del impulsor, III: la región en la que la interfaz gas/líquido tocó el impulsor.

Coeficiente de transferencia de masa del agua

En el capítulo 7 hemos considerado la transferencia de masa desde una fase fluida a otra fase, que en la mayoría de los casos era una fase sólida. El soluto A se transfería normalmente desde la fase fluida por transferencia de masa convectiva y a través del sólido por difusión. En la presente sección nos ocuparemos de la transferencia de masa del soluto A desde una fase fluida por convección y luego a través de una segunda fase fluida por convección. Por ejemplo, el soluto puede difundirse a través de una fase gaseosa y luego difundirse y ser absorbido en una fase líquida adyacente e inmiscible. Esto ocurre en el caso de la absorción del amoníaco del aire por el agua.
Las dos fases están en contacto directo entre sí, como en una torre empaquetada, de bandeja o de pulverización, y el área interfacial entre las fases no suele estar bien definida. En la transferencia de masa bifásica, existirá un gradiente de concentración en cada fase, lo que provocará la transferencia de masa. En la interfaz entre las dos fases fluidas, el equilibrio existe en la mayoría de los casos.
Incluso cuando la transferencia de masa está ocurriendo, las relaciones de equilibrio son importantes para determinar los perfiles de concentración para predecir las tasas de transferencia de masa. En la Sección 10.2 se discutió la relación de equilibrio en un sistema gas-líquido y la ley de Henry. En la Sección 7.1C se discutieron los coeficientes de distribución de equilibrio entre dos fases. Estas relaciones de equilibrio se utilizarán en la discusión de la transferencia de masa entre fases en esta sección.

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