3.1

Tema: La evaporación de una mezcla de etanol (AL) y acetato de etilo (AC) a partir de un vaso de precipitados en aún aire dentro del vaso de precipitados.

Dado: mezcla equimolar inicial de AL y AC, se evapora en el aire quieto a 0o C y 1 atm. Vapor presiones y difusividad en el aire de AL y AC a 0o C.

Supuestos: bien mezclados líquidos y la ley de Raoult. Granel insignificante efecto de flujo. Aire barridos en la parte superior del vaso de precipitados a una velocidad tal las fracciones molares de AL y AC en el aire en la parte superior de el vaso de precipitados son cero.

Encuentra: Composición del líquido que queda cuando 50% de la AL inicial se haya evaporado.

Análisis: Todos los de la resistencia de transferencia de masa se encuentra en la capa de aire quieto en el vaso de precipitados, el cual aumentos en altura, z, como tiene lugar la evaporación. Aplicar la ley de Fick para ambos AL y AC con granel insignificante efecto de flujo. Por lo tanto, de la ecuación. (3-16), el flujo molar de etanol a través del gas capa en el vaso de precipitados es la siguiente, donde D es la difusividad del componente i en el aire.

Dividiendo la ecuación. (1) por (2),

donde Yal y YAC son fracciones molares en el vapor en la interfase vapor-líquido.

Por balance de materia, el flujo molar del componente i es igual a la tasa de disminución en moles, Ni,, de componente i en el líquido bien mezclado en el vaso de precipitados por unidad de superficie de transferencia de masa. Por lo tanto,

Por la ley de Raoult, en la interfase gas-líquido, usando las Ecs. (2-19) y (3) en la Tabla 2,3,

Sustituyendo las Ecs. (4) a (7) en (3), y reordenando,

La integración de la ecuación. (8) desde el inicio de la evaporación, dejando ni0 ser los valores iniciales,

Como base, asumir 100 moles de la mezcla original. Por lo tanto,

¿Cuándo mol, i.e. half of the original, Eq = 25 (9) da

Por lo tanto, las fracciones molares en el líquido bien mezclado cuando 50% de la AL se ha evaporado son,

3.2

Tema: La evaporación del benceno (B) del 25oC y 1 atm de un tanque abierto a través de un estancamiento aire de la capa de espesor constante.

Dado: diámetro del tanque = 10 m, con una capa de gas estancado encima de benceno líquido de 0,2-in. espesor. Para la densidad benceno, líquido = 0,877 g/cm3 , PM = 78,11, presión de vapor = 100 torr, y la difusividad en el aire = 0,08 cm2 / s.

Supuestos: Toda resistencia de transferencia de masa se encuentra en la capa de gas delgada de espesor constante. Steady- estado con una fracción molar de benceno en el aire adyacente al líquido dado por la ley de Raoult, y el fracción molar de benceno en el aire en el otro lado de la capa de gas es igual a cero, suponiendo que la benceno se evapora continuamente barridas como en el ejemplo 3,2. Gas ideal.

Encuentra: Pérdida de benceno por evaporación en libras por día.

Análisis: De la ecuación. (3-35) para la difusión unimolecular, teniendo en cuenta el flujo a granel,

donde, la concentración total del gas, c, se obtiene a partir de la ley de los gases ideales,

De la ecuación. (2-44) de la ley de Raoult, y señaló que para el benceno líquido puro, xB = 1,

El espesor de la película de gas = az = 0,2 cm = 0,508 cm

Sustituyendo estos valores en la ecuación. (1),

Área de sección transversal del tanque = área de transferencia de masa = piD2 / 4

Tasa de pérdida de benceno

3.3

Tema: difusión en contracorriente de tolueno (T) y benceno (B) a través de la película de vapor a 170 ° F (630º R) y 1 atm.

Dado: Estancado película de vapor de espesor 0,1-pulgadas (0,00833-pie), que contiene 30% en moles de tolueno y 70 mol% de benceno, en contacto con el reflujo de líquido que contiene 40 mol% de tolueno y 60% en moles benceno. Difusividad de tolueno en benceno ft = 0,2 2 / h. La presión de vapor de tolueno = 400 torr.

Suposiciones: molar igual calores de vaporización para el benceno y el tolueno, de tal manera que la difusión es

contracorriente equimolar,. Ley del gas ideal y aplicar la ley de Raoult. Toda la resistencia de transferencia de masa es en la fase de vapor, líquido, es decir se asume que es uniforme en su composición. Dado vapor composición es para condiciones granel. Fase de equilibrio en la interfaz vapor-líquido.

Buscar: Tasa de transferencia de masa de tolueno en lbmol / h ft- 2

Análisis: En la interfaz vapor-líquido, utilizar la ley de Raoult, la ec. (2-44). Entonces, la fracción molar de tolueno en la interfaz es,

De la ley de los gases ideales, la concentración total del gas, c, es P / RT = 1 / (0,7302) (630) = 0,00217 lbmol / ft 3

De la forma de diferencias finitas de la ley de Fick, la ec. (3-16), para la difusión del tolueno de la

granel vapor a la interfaz vapor-líquido,

El benceno se difunde a la misma velocidad en la dirección opuesta

3.4

Tema: caída en el nivel de agua (W) contenido en un tubo vertical cuando se evapora en el aire a 25º C (537º R).

Dado: Tubo con un diámetro interior de 0,83 pulgadas. Nivel inicial líquida de agua en el tubo = 0,5 pulgadas desde la parte superior. Aire sobre el tubo tiene un punto de rocío de 0o C. La difusividad del vapor de agua en el aire = 0,256 cm2 / s, o 0,992 pies 2 / h.

Supuestos: Presión = 1 atm. Gas ideal. Equilibrio de fases en la interfase gas-líquido con La ley de Raoult para la fracción molar de agua en el vapor adyacente al agua líquida.

Buscar: (a) Tiempo para el nivel de líquido caiga de 0,5 pulgadas a 3,5 pulgadas.

(b) Argumento de nivel de líquido como una función del tiempo.

Análisis: (a) La fracción molar de agua en el aire adyacente a la interfaz gas-líquido es obtenido a partir de la ley de Raoult, la ec. (2-44), con xW = 1 para el agua líquida pura, usando una presión de vapor de 0,45 psia para el agua a 25 º C.

En el volumen de aire, la fracción molar de agua se obtiene de la condición del punto de rocío. Por lo tanto, la presión parcial de vapor de agua = presión de vapor de agua a 0o C = 0,085 psia. Por lo tanto,

La ecuación para el tiempo, t, para el nivel de agua caiga desde el nivel z1 = 0,5 pulgadas (0,0417 m) para

z2 nivel igual a tan grande como 3,5 pulgadas (0,2917 m) se obtiene en el Ejemplo 3,2, en donde el resultado

dada por la ecuación. (6). Aplicando la ecuación aquí, con rL = 62,4 lb / ft 3 gas para el agua líquida, total concentración, c, de la ley del gas ideal para dar c = P / RT = 1 / (0,7302) (537) = 0,00255 lbmol / ft 3 , y un factor de flujo de masa = (1 - xW) LM = a una buena aproximación a la media aritmética =[(1-.0306) + (1-0,00578)] / 2 = 0,982.

Cuando z2 = 3,5 pulgadas = 0,2917 ft, Eq. (1) da

(b) Para otros valores de z2, los siguientes resultados se obtuvieron usando una hoja de cálculo con Eq. (1) anterior:

3.5

Tema: Mezcla de argón (A) y xenón (X) por difusión molecular.

Dado: Bombilla 1 que contiene argón. Bombilla 2 que contiene xenón. Bombillas conectadas por una m 0.002 (0,2 cm) de diámetro interior por 0,2 m (20 cm) de la manguera. 105º C (378 K) y 1 atm se mantienen. En tiempo, t, igual a 0, la difusión se permite que se produzca a través del tubo de conexión. Difusividad = 0,180 cm2 / s.

Supuestos: Gas en cada bombilla está perfectamente mezclado. La resistencia a la transferencia de masa sólo se encuentra en el el tubo de conexión. Ley de los gases ideales. Difusión equimolar, en contracorriente.

Búsqueda: En momentos en que la fracción molar argón = 0,75 en una bombilla y 0,20 en el otro foco, determinar,

(a) Las tasas y direcciones de transferencia de masa de A y X.

(b) las velocidades de transporte de A y X.

(c) la velocidad media molar de la mezcla de gas.

Análisis: Este ejercicio es similar a la del Ejemplo 3,1.

Área normal a la difusión = A = 3,14 (0,2) 2 / 4 = 0,0314 cm2

A partir de la ley de los gases ideales, la concentración total de gas =

(a) De forma de la ecuación. (3-18),

(b) Debido a equimolares, la difusión a contracorriente velocidades de las especies, los relativos acoordenadas estacionarias son iguales a velocidades de difusión. De la ecuación. (3-9), para el argón (A),

Por lo tanto, las velocidades de transporte dependen de las fracciones molares.

Utilizando las ecuaciones. (1) y (2) en el intervalo de fracciones molares, señalando que mol fracciones es lineal con la distancia debido a la difusión equimolar a contracorriente,

(c) Debido a que tenemos difusión equimolar, en contracorriente, la velocidad media molar de la mezcla es cero.

3.6

Tema: Medición de la difusividad de tolueno (T) en el aire (A), y la comparación con la predicción. Dado: tubo vertical, 3 mm de diámetro y abierto en la parte superior, que contiene tolueno a 39.4º C (312,6 K). Inicialmente, el nivel de tolueno, z1, es 1,9 cm por debajo de la parte superior. Se necesita 960.000 s para el nivel de bajar a igual a 7,9 cm por debajo de la parte superior z2. El tolueno se evapora en 1-atm (760 torr) de aire, el cual está estancada en el interior del tubo. La densidad de tolueno es 0,852 g/cm2 . Su presión de vapor es 57,3 torr.

Supuestos: vaporización isotérmica. Resistencia a la transferencia de masa sólo en el aire en el tubo. Negligencia contradifusión de aire. Difusión molecular del tolueno a través del aire en el tubo. Fracción molar de tolueno de cero en el aire en la parte superior del tubo. Equilibrio de fases en el gas-líquido interfaz, dada por la ley de Raoult. Ley de los gases ideales.

Buscar: valores experimentales y predichos de difusividad de tolueno en el aire a 39.4º C y 1 atm.

Análisis: Al aplicar la ley de Raoult, la ec. (2-44), a la interfaz de gas-líquido,

Por lo tanto, la fuerza motriz para la difusión molecular, AYT = 0,0754 - 0,0 = 0,0754 Concentración total de gas a partir de la ley de los gases ideales, c = P / RT = 1 / (82,06) (312,6) = 3,9 x 10-5 mol/cm3

El peso molecular del tolueno = ML = 92,1

La corrección para el flujo global = (1-xA) LM = aproximadamente [(1-0) + (1-0.0754)] / 2 = 0,962

La integración y la solución de la ecuación. (6) en el Ejemplo 3,2 para la difusividad del gas experimental,

Calcule el valor esperado de la ecuación. (3-36) de Fuller, Schettler, y Giddings, con:

El valor predicho es 4,3% menor que el valor medido. Este es un buen acuerdo.

3.7

Tema: difusión Contracorriente molecular de hidrógeno (H) y nitrógeno (N) en un tubo.

Dado: Tubo de 1 mm (0,1 cm) de diámetro interior y 6 pulgadas (15,24 cm) de largo. En un extremo de la tubo (1) es hidrógeno puro (H) de soplado pasado. En el otro extremo del tubo (2) es nitrógeno puro soplando pasado. La temperatura es de 75º C (348 K) y la presión es 1 atm.

Supuestos: ley de los gases ideales.

Encontrar: (a) cálculo de la difusividad y la velocidad de difusión del nitrógeno en mol / s para equimolar, contracorriente difusión.

(c) Argumento de la fracción mol de hidrógeno con la distancia.

Análisis: (a) Estimación de la difusividad (3-36), con T = 348 K, P = 1 atm,

De la ecuación. (3-18), la ley de Fick para la difusión equimolar, en contracorriente, con,

c = P / RT = 1 / (82,06) (348) = 0,000035 mol/cm3

AyN = fracción molar fuerza motriz para el nitrógeno = 1 - 0 =

Az = distancia de difusión = 15,24 cm

A = área de sección transversal para la difusión = (3,14) (0,1) 2 / 4 = 0,00785 cm2 Velocidad de flujo de nitrógeno,

(c) La fracción molar de hidrógeno varía linealmente a través del tubo debido a la equimolar, contracorriente difusión. Por lo tanto,

3.8

Tema: difusión molecular de HCl (H) a través de un aire (A) película a 20º C.

Dado: Aire película de 0,1 pulgadas (0,254 cm) de espesor. HCl presión parcial de 0.08 atm en el lado 1 de la película y 0 en el otro lado 2. Difusividad de HCl en aire a 20º C (293 K) y 1 atm = 0,145 cm2 / s.

Supuestos: ley de los gases ideales. Difusión unimolecular de HCl.

Buscar: flujo de difusión de HCl en mol/s-cm2 para las presiones totales siguientes:

(a) 10 atm

(b) 1 atm

(c) 0,1 atm

Análisis: La ley de Fick se aplica. Utilice el formulario de la ecuación. (3-33).

Tenga en cuenta que para un gas ideal, producto CDH, A es independiente de la presión total, porque c es directamente proporcional a P, mientras que a partir de la ecuación. (3-36), CDH, A es inversamente proporcional aP.

En P = 1 atm, c = P / RT = 1 / (82,06) (293) = 4,16 x 10-5 mol/cm3

.Por lo tanto, CDH, A = (4,16 x 10-5) (0,145) = 6,03 x 10-6

(a) P = 10 atm. Según la ley de Dalton, al (yH) 1 = 0.08/10 = 0.008

Which gives = Lo que da

3.9

Tema: Estimación de la difusividad del gas binario de nitrógeno (A) - tolueno (B) del 25º C (298 K) y 3 atm

Supuestos: No hay necesidad de corregir la difusividad de alta presión con el método de Takahashi.

Buscar: difusividad gaseosa binaria utilizando el método de Fuller, Shettler y Giddings.

Análisis: Eq uso. (3-36), con,

3.10

Asunto: Corrección de la difusividad gaseosa binaria para la presión alta.

Dado: Resultados del ejemplo 3.3 para el sistema de oxígeno-benceno a 38º C (311 K) y 2 atm, que dar, DAB = 0,0494 cm2 / s

Buscar: Difusividad a 100 atm.

Análisis: Si la ecuación. (3-36) se aplica, DAB = 0,0494 (3/100) = 0,00148 cm2 / s

Aplicar la correlación de la figura Takahashi. 3,3, basado en la reducción T y P.

Para mezcla equimolar, Tr = T / Tc y Pr = P / Pc

donde, Tc = 0,5 (154 + 563) = 359 K y Pc = 0,5 (48,6 +49,7) = 49,1 atm

Por lo tanto, Tr = 311/359 = 0,866, y Pr = 100/49.1 = 2.04

Estamos fuera de la gama de la correlación Takahashi, pero parece que la corrección se disminuir en gran medida la difusividad, por un factor de 10 o más

3.11

Asunto: Estimación de dilución infinita difusividad líquida para el tetracloruro de carbono a 25 º C (298 K) en cuatro diferentes disolventes.

Dado: difusividad valores experimentales de disolventes de (a) metanol, (b) etanol, (c) benceno, y (d) n-hexano.

Buscar: difusividades por los métodos de Wilke y Chang (WC), y de Hayduk y Minhas (H-M). Comparar los valores previstos para dados los valores experimentales.

Análisis: Sea: A = el soluto, CCl4, y B = disolvente. La ecuación de Wilke-Chang, Eq. (3-39), es

De la Tabla 3.3, uA = 14,8 + 4 (21,6) = 101,2 cm3 / mol

Usando la ecuación. (1) con los siguientes parámetros, los valores de difusividad se calculan.

Excepto para el etanol, la ecuación de Wilke-Chang hace buenas predicciones.

El caso Hayduk-Minhas ecuación, la ecuación. (3-42), es decir,

donde, para el soluto no polar, CCl4, con disolventes metanol y etanol, tanto PB y UB debe se multiplica por 8 MB en cP. Parachors para el metanol y benceno se obtienen de la Tabla 3.5. Parachors para el etanol, n-hexano, tetracloruro de carbono y se obtienen mediante estructural contribuciones de la Tabla 3.6. Usando la ecuación. (2) con P A = 229,8 y los siguientes parámetros, valores de difusividad se calculan.

Excepto para el metanol y n-hexano, las predicciones de la ecuación Hayduk-Minhas son buenas.

3.12

Tema: Estimación de la difusividad del benceno (A) a dilución infinita en ácido fórmico (B) en 25º C y la comparación con el valor experimental para B a dilución infinita en A.

Teniendo en cuenta: el valor experimental de 2,28 x 10-5 cm2 / s para la difusividad de B a dilución infinita en A.

Buscar: Difusividad por la ecuación de Hayduk-Minhas, (3-42).

Análisis: La aplicable H-M ecuación es,

De la Tabla 3.5, parachors para A y B son 205,3 y 93,7, respectivamente.

De la Tabla 3,3, el volumen molar del disolvente, B, es 2 (3,7) +14,8 +7,4 +12,0 = 41,3 cm3 / mol. Desde el Manual de Perry, la viscosidad de B del 25º C es de 1,7 cP.

Usando la ecuación. (1),

Esto es significativamente menor que el valor experimental de 2,28 x 10-5 y el valor predicho de 2,15 x 10-5 cm2/ s para la difusividad de ácido fórmico a dilución infinita en benceno.

3.13

Asunto: Estimación de la difusividad líquida de ácido acético a 25 º C (298 K) en soluciones diluidas de benceno, acetona, acetato de etilo y agua, y la comparación con los valores experimentales.

Teniendo en cuenta: los valores experimentales.

Encuentra: difusividades Infinite dilución del ácido acético (A) en los cuatro disolventes usando el apropiado ecuación.

Análisis: Para el benceno, acetona y acetato de etilo, la ec. (3-42) de Hayduk-Minhas aplica:

De la Tabla 3.5, la paracoro por ácido acético = PA = 131,2. Para los tres disolventes, este valor es multiplica por 2 para dar 262,4. Parachors para el benceno y acetona se obtienen de la Tabla 3.5, y se enumeran a continuación. Los parachors para el acetato de etilo, obtenidos por contribuciones estructurales desde Tabla 3.6, es 2 (55,5) + 40,0 + 63,8 = 214,8. Volúmenes moleculares se obtiene de la tabla 3.3, y se enumeran a continuación. Viscosidades de disolvente se obtienen a partir Manual de Perry. Los resultados de los aplicando la ecuación. (1) son los siguientes

Las predicciones de la ecuación Hayduk-Minhas son bajos, pero muy bueno para el acetato de etilo.

Para el agua, la ecuación de Wilke-Chang, Eq. (3-39), es más aplicable,

De la Tabla 3.3, VA = (2) 14,8 + 4 (3,7) + 7,4 + 12 = 63,8 cm3 / mol.

La viscosidad del disolvente = 0,95 cP, MB = 18, y fB = 2,6. Sustituyendo en la ecuación. (1) da,

Esto es cercano al valor experimental de 1,19 x 10-5 cm2 / s.

3.14

Asunto: difusión de vapor a través de un espesor de película eficaz.

Teniendo en cuenta: Agua (A) a 11º C (284 K) que se evapora en el aire seco (B) del 25º C (298 K) a la tasa de 0,04 g/h-cm2

Supuestos: 1 atm de presión. Ley de los gases ideales. La ley de Raoult para la fracción molar del vapor de agua.

Encuentra: A partir del espesor de película de aire estancado, suponiendo que la difusión molecular de vapor de aguaa través de la película de aire.

Análisis: Aplicar la ecuación. (3-31) para la ley de Fick con el efecto de flujo a granel. Despejando espesor de la película

De la ley de gas ideal, el uso de T = (284 + 298) / 2 = 291 K, c = P / RT = 1 / (82,06) (284) = 4,29 x 10-5

mol/cm3

Flujo molar del vapor de agua = NA = 0.04/MA = 0,04 / (18) (3600) = 6,17 x 10-7mol/s-cm2

Fracción molar del vapor de agua en el aire seco a granel Y A0 = 0

Fracción molar del vapor de agua en la interfase, YA1 =P5 de 11º C / P = 0.191/14.7 = 0,013.

Estimación de la difusividad del vapor de agua en aire a 291 K y 1 atm de la ecuación. (3-36) de Fuller, Schettler, y Giddings, con,

Tenga en cuenta que el flujo a granel tiene poco efecto aquí.