Transferencia de Masa Interfacial

De qu se trata esto?

Estudio de la Transferencia de Masa entre Fases

Cmo se estudia este tema?Transferencia de Masa entre dos Fases

Definiciones e Importancia

Fase: Porcin lquida, gaseosa o slida de un sistema, limitada por superficies y sin discontinuidades en su seno.

Esta transferencia implica la existencia de la INTERFASE.

Se presenta en la mayora de las Operaciones de Transferencia de Masa.

El estudio se realiza sobre ESTADO ESTACIONARIO.

Qu es una Interfase?Concepto: Superficie que separa fases inmiscibles (para nuestro caso, 2 fases inmiscibles). Suposiciones: No presenta discontinuidad.No presenta resistencia a la transferencia de masa.No hay acumulacin del componente transferido. El equilibrio se alcanza en forma instantnea.

Equilibrio: Un estudio necesarioNecesidad: Conocer el comportamiento de un sistema en el equilibrio. Conveniencia: Particularizar para una Operacin Unitaria y luego, generalizar.

Absorcin: Pasaje del componente A desde la fase gaseosa hacia la fase lquida.

Ejemplo de Aplicacin: Sistema NH3 H2O

Conclusiones del EstudioVelocidad de difusin en cada fase depende del gradiente de concentracin que existe en cada una de ellas.

Alejamiento de la posicin de equilibrio es lo que genera la fuerza impulsora para la difusin.

Difusin InterfacialSe estudia para cuantificar la Velocidad de Difusin.

Qu se debe tener en cuenta?.

Fuerzas Impulsoras y Coeficientes de Transferencia de Masa

Difusin InterfacialTorre Paredes Mojadas

Detalle de la Torre

Difusin InterfacialPerfil de Concentracin Componente AbsorbidoSeccin de la Torre:Gradiente de Concentracin

Seccin de la Torre:Gradientes de Presin y Concentracin

Difusin InterfacialPerfil de Concentracin Componente Absorbido

Problema!!! No se pueden usar directamente datos (concentraciones, presiones), referidos al seno de la fase, junto con los Coef. Transf. Masa para evaluar la Veloc. de Transf. Masa en la Interfase. Motivo?: No se relacionan de igual manera con el potencial qumico (la verdadera fuerza motrz que causa la transferencia de masa)

Cmo se soluciona este problema?.

Teora de Lewis Whitmann (Teora de la Doble Capa o Doble Resistencia)

En la Interfase se alcanzan concentraciones (presiones) de equilibrio para las fases gaseosa y lquida.

Resistencia a la difusin se encuentra en dos capas situadas a ambos lados de la Interfase.

Gradiente de Concentraciones:Diferentes RepresentacionesConocida

Nueva

Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de DifusinUso de Coeficientes Individuales (Coeficientes Peliculares) de Transferencia de Masa.

Recordar: No hay acumulacin del componente A (transferido) en la Interfase.

Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de DifusinCaso: Componente A (gaseoso) difunde a travs de pelcula gaseosa estacionaria y a travs de pelcula lquida.

Ecuacin:

Reordenando:

Gradiente de Presiones: Diferentes RepresentacionesConocida

Nueva

Transferencia de Masa Local entre dos Fases: Velocidad de DifusinCaso: Componente A (gaseoso) difunde a travs de pelcula gaseosa estacionaria y a travs de pelcula lquida.

Ecuacin:

Reordenando:

Coeficientes Globales de Transferencia de MasaPorqu aparecen estos Coeficientes?

Coef. de Pelcula son difciles de determinar.

Coef. de Pelcula dependen de:Difusividad.Espesor de pelculas gaseosa (kG) y lquida (kL). Uniformidad de Superficie Interfacial.Concentraciones Interfaciales.

Coeficientes Globales de Transferencia de MasaTipos de Coeficientes Globales de T. de Masa.Kx:Ky:KG:KL:KX:KY:

Transferencia de Masa Global entre dos Fases: Velocidad de DifusinEcuacin:

peCe(pG pe)(Ce CL)

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de MasaVelocidad de Difusin:

Operando:

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de Masa

Combinando las dos ltimas expresiones:

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de Masa(n): Pendiente segmento BF

(n) = [(pi pe) / (Ci CL)]

Reemplazando:

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de MasaVelocidad de Difusin:

Operando:

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de Masa

Combinando las dos ltimas expresiones:

Relaciones de Coeficientes Individuales y Globales de Transferencia de Masa

(1/n): Inversa Pendiente Segmento AB

(1/n) = [(Ci Ce) / (pG pi)]

Reemplazando:

Relaciones entre Coeficientes Globales de Transferencia de MasaPartiendo de:

Dividiendo m. a m.:

Relaciones entre Coeficientes Globales de Transferencia de MasaOperando:

Teniendo en cuenta los valores de n ; n y (kG / kL), se obtiene:

donde n = pendiente recta AF.

Relaciones entre Coeficientes Globales de Transferencia de MasaSi el sistema cumple la Ley de Henry:

n = n = n = H

Por lo tanto:

Resistencia ControlanteCuando n 0, se tiene:

Consecuencia: La pelcula gaseosa es quien ejerce la resistencia controlante a la transferencia de masa interfacial.

Resistencia ControlanteCuando (1/n) 0; se tiene:

Consecuencia: La pelcula lquida es quien ejerce la resistencia controlante a la transferencia de masa interfacial.

Ejercicio de Aplicacin En un estudio experimental de absorcin de amoniaco en agua en una columna de paredes mojadas, el valor de KG se ha encontrado en 0.205 mol NH3 /hr ft2 atm. En un punto de la columna el gas contiene un 8% molar de NH3 y la concentracin en la fase lquida es 0.004 mol NH3 / ft3 de solucin. La temperatura del sistema es 68 F y la presin total es de una atmsfera. En estas condiciones la constante de la ley de Henry del sistema es 0.15 atm /(mol NH3/ft3). Si un 85% de la resistencia total a la transferencia de masa se encuentra en la fase gaseosa, calcule los coeficientes interfaciales de transferencia y la composicin de ambas fases en la interfase.