TRANSFERENCIA DE MASA 1Evaluacin ParcialDifusin y transferencia de masa.

Seminario I: Anlisis del fenmeno de difusin molecular y transferencia de masa. NOMBRE: ISRAEL PRIETO

FECHA: 02-12-2014

Preguntas.

1- Dentro de las operaciones de contacto directo de fases inmiscibles, mencione las que se ponen de manifiesto en la combinacin de los siguientes estados de agregacin: a) Gas- LquidoDestilacin fraccionada: Si todos los componentes del sistema se distribuyen entre las fases en el equilibrio, la operacin se conoce como destilacin fraccionada. Es decir la fase gaseosa se crea a partir del calentamiento del lquido; o tambin se puede dar que el lquido se crea a partir del gas por eliminacin de calor.

Humidificacin: Cuando la fase lquida es un lquido puro que slo contiene un componente, mientras que la gaseosa contiene dos o ms un ejemplo simple es el contacto entre aire seco y agua lquida que da como resultado la evaporacin de parte del agua al aire.

En si se trata de la difusin de vapor de agua a travs del aire.b) Gas- SlidoSublimacin fraccionada: La evaporacin parcial de una solucin slida sin la aparicin de una fase lquida permite la formacin de una nueva fase de vapor formada y el slido residual contienen todos los componentes originales, pero en distintas proporciones.Secado: Si un slido es humedecido con un lquido voltil el cual se expone a un gas relativamente seco, el lquido abandona el slido y se difunde en el gas, es decir que esto va de la fase slida a la gaseosa.c) Lquido- LquidoLas separaciones en que interviene el contacto entre dos fases lquidas insolubles se conocen como operaciones de extraccin lquida. Otro caso de extraccin fraccionada puede realizarse al formar dos fases lquidas a partir de una solucin con una sola fase, enfriando esta ltima a una temperatura menor de la temperatura crtica de solucin.d) Slido- LquidoLas fases son soluciones no son mezclas en las cuales contienen un nico componente en comn. La disolucin selectiva de este componente en una mezcla slida mediante un disolvente lquido obtiene el nombre de lixiviacin o tambin conocido como extraccin por disolventes.

2- Mencione al menos 4 ejemplos donde se ponga de manifiesto una operacin con Transferencia de Masa. Un ejemplo de transferencia de masa es la lixiviacin del oro el cual a partir de los minerales que lo contienen por medio de soluciones de cianuro se obtiene el producto deseado. Tambin existe la lixiviacin del aceite de semillas de algodn a partir de las semillas mediante hexano.

La destilacin del petrleo en las refineras. Se obtienen diferentes derivados del petrleo cuando es expuesto a diferentes temperaturas en torres de destilacin fraccionada se obtiene diferentes productos debido a que en cierto grado de temperatura el petrleo libera un determinado producto permitiendo as obtener los diferentes derivados. Un ejemplo sencillo es el procedimiento en el cual si se agita una solucin de acetona-agua con tetracloruro de carbono en un embudo de separacin y se dejan asentar los lquidos, gran parte de la acetona se encontrara en la fase rica en tetracloruro de carbono por tanto, se habr separado del agua.

Otro ejemplo es el intercambio inico, utilizado frecuentemente durante el tratamiento del agua inyectada a las calderas para la produccin de vapor, el cual consiste en la separacin sobre la base de la capacidad de algunas materias slidas (ionitos), de cambiar sus iones mviles por iones pertenecientes a disoluciones de electrolitos al ponerse en contacto con las mismas. 3- Se excluyen entre s las operaciones de separacin mediante mtodos mecnicos y las de T. de Masa? Explique mediante ejemplos.

No se puede excluir, puede ser que en un punto se encuentre solo los mtodos mecnicos y no las de transferencia de masa; como tambin puede ser lo contrario; pero llegara un punto en el cual los dos mtodos se incluyan, as que no se puede decir que se excluyen completamente. Se podra excluir una operacin mecnica de una operacin de transferencia de masa si la sustancia extrada es netamente usada como compuesto puro y la otra sustancia separada no tenga uso; pero llegara un punto en el cual las dos operaciones no se excluyan. En la extraccin de minerales en las minas se los extrae por medio de la operacin de lixiviacin donde se selecciona el componente y el residuo de la separacin se lo desecha sin tener un uso preciso.4- Indique de qu forma se obtiene la sustancia extrada en cada uno de los siguientes mtodos de separacin. Operaciones con transferencia de masa: Con las operaciones de transferencia de masa generalmente se logra recuperar integralmente la sustancia extrada sin mucha dificultad. Con mtodos los cuales implican bsicamente su estado de cada materia.Mtodos mecnicos: Se somete a los fluidos o la materia a factores fsicos para remover o agregar sustancias que se necesite para poder obtener el producto deseado, al final de estos mtodos la sustancia eliminada esta pura.

Mtodos qumicos: Debido a que la materia principal se obtiene con impurezas se ha creado diferentes mtodos de separacin en los cuales se toma en cuenta las propiedades del material Los mtodos qumicos generalmente destruyen la sustancia eliminada.5- Mencione los aspectos que debe tener en cuenta el Ingeniero Qumico para elegir el mtodo de separacin.El Ingeniero Qumico debe tomar en cuenta los siguientes puntos para poder elegir un mtodo de separacin:

Las caractersticas fsicas de la materia: Debe observar o conocer que caractersticas posee el producto por ejemplo ver su estructura qumica, densidad, etc. Las necesidades del proceso: Conocer que materiales necesita para su proceso de separacin, saber si necesita reactivos, materiales, etc. Los datos que se conozcan: Datos de las diferentes caractersticas que posee el material. El tiempo que se disponga: Es muy importante saber el tiempo de trabajo, con ello se podr escoger un mtodo el cual cumpla el tiempo impuesto para su realizacin. Los requerimientos del producto terminado: Es importante conocer las caractersticas finales que debe tener el producto ya que permite escoger un mtodo ms preciso para poder llegar a un producto con las caractersticas pedidas o deseadas. Anlisis profundo de los costos de operacin: El factor dinero es importante en la industria ya que se debe elegir un procedimiento el cual sea econmicamente barato pero de alta calidad. La experiencia profesional: Se refiere a la intuicin que debe tener un ingeniero qumico.6- Explique bajo qu condiciones puede aplicarse un procedimiento de recuperacin de soluto o uno de fraccionamiento y de qu depende la eleccin. Ejemplifique.Cuando los componentes de una solucin corresponden a grupos distintos con propiedades muy diferentes, de tal manera que parezca que un grupo de componentes contienen al disolvente y el otro al soluto, entonces la separacin de acuerdo con estos dos grupos, por lo general se reduce a una operacin de recuperacin del soluto o de eliminacin del soluto. Un ejemplo una mezcla gaseosa de metano, pentano y hexano; puede considerarse que el metano es el disolvente y que el soluto est formado por el pentano y el hexano; para este ejemplo , el disolvente y el soluto son lo suficientemente distintos, al menos en una propiedad, su presin de vapor. Una sencilla operacin de absorcin de gases, en que la mezcla se lave con un aceite hidrocarbonado no voltil, dar con facilidad una nueva solucin de pentano y hexano en el aceite, el cual estar libre de metano; esto tambin puede realizarse de la manera contraria en el cual el metano residual se encontrar bsicamente libre de pentano y hexano.

El que se escoja un procedimiento de separacin fraccionada o de recuperacin del soluto depende de la propiedad que se quiera explotar.7- Explique las caractersticas de las operaciones en estado no estacionario. La caracterstica de la operacin en estado no estacionario es que las concentraciones en cualquier punto no cambian con el tiempo. Se debe esperar un tiempo a que se alcancen las condiciones de proceso, es decir primero existe un estado no estacionario hasta alcanzar el equilibro del proceso donde se llega al estado estacionario. El cambio se debe a cambios en las concentraciones de los materiales alimentados, velocidades de flujo o condiciones de temperatura o presin.

En las operaciones por semilotes, una fase permanece estacionaria mientras que la otra fluye continuamente dentro y fuera del aparato.

8- Explique las caractersticas de las operaciones en estado estacionario. La caracterstica de la operacin en estado estacionario es que las concentraciones en cualquier punto permanecen constantes con el paso del tiempo.

Esto requiere del flujo continuo e invariable de todas las fases dentro y fuera del aparato.

Concentraciones constantes de las corrientes alimentadoras y las mismas condiciones de temperatura y presin.

9- Defina los siguientes trminos:

a. EtapaSe refiere a la operacin y al equipo requerido en el cual dos fases insolubles entran en contacto de tal forma que las diferentes sustancias por difundirse se distribuyan por s mismas entre las fases y que despus se separen las fases mecnicamente.b. Etapa terica o ideal.Se define como aquel estado en donde las fases efluentes estn en equilibrio, de tal forma que tampoco habr cambios adicionales en la composicin aunque se permita mayor tiempo de contacto.c. Rendimiento de la etapa.Rendimiento respecto al mximo alcanzable en una etapa de equilibrio o ideal.

10. A qu llamamos difusin molecular y qu se obtiene como resultado de la misma?La difusin es el proceso por el cual una substancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Es el movimiento trmico de todas las partculas a temperaturas por encima del cero absoluto.

Esta bajo la influencia de un estimulo fsico, de un componente individual a travs de una mezcla. La causa ms frecuente de la difusin es un gradiente de concentracin del componente que difunde; un gradiente de concentracin tiende a mover el componente en una direccin tal que iguala las concentraciones y anule el gradiente.La velocidad de las molculas es igual que en la difusin. Los resultados son expresados por la ley de Graham. "La velocidad de difusin de un gas es inversamente proporcional a la raz cuadrada de su densidad."

11. Qu es el coeficiente de difusin o de difusividad? Cmo se denota y en qu unidades se expresa?Es un valor que representa la facilidad con que cada soluto en particular se mueve en un disolvente determinado.

El coeficiente de difusividad, es una propiedad del material relacionando el flujo de materia con el gradiente de concentracin.

Los coeficientes de difusin para lquidos son del orden de 10^-5(cm^2/s), para gases del orden de 10^-1(cm^2/s) y para slidos 10^-9(cm^2/s). Depende de tres factores:

Tamao y forma del soluto

Viscosidad del solvente

Temperatura (Difusividad trmica)

De la naturaleza de la partcula que se difunde y del solvente donde difunde, siendo independiente de las concentraciones.

12. En el caso de la difusin molecular en gases, diga qu ecuacin se utiliza para determinar el rgimen o velocidad de difusin para cada uno de los casos estudiados y explique sus trminos.

= difusividad, m2/s

T= temperatura absoluta, K

MA, MB= peso molecular de A y B, respectivamente, Kg/Kmol

= presin absoluta, N/m2= separacin molecular durante el choque, nm = (+)/2

= energa de la atraccin molecular = K= constante de Bolzmann

= funcin de choque13. Qu importancia tienen los coeficientes de Transferencia de Masa?

Los coeficientes de transferencia de masa tienen mucha importancia, porque al regular la rapidez con la cual se alcanza el equilibrio, controlan el tiempo que se necesita para la difusin.Los coeficientes de rapidez para los diferentes componentes en una fase dada difieren entre si en mayor grado bajo condiciones en donde prevalece la difusin molecular. En condiciones de turbulencia, en que la difusin molecular carece relativamente de importancia, los coeficientes de transferencia se vuelven ms parecidos para todos los componentes.

Bibliografa

1. Treybal, Robert E. Operaciones con T. de Masa. Edicin Revolucionaria. La Habana, Cuba, 1986, 815 p

2. Perry, Ch. Chemical Eng. Handbook, 6ta edic. Mc. Grow Hill, 1991 y 1999, 106 3. Bibliografa de bsquedas en INTERNET.