OPERACIONES UNITARIAS II PROF. DEBORA NABARLATZ

TALLER IV: Transferencia de masa interfacial

1) El soluto A se absorbe de una mezcla gaseosa de A y B en una torre de paredes

mojadas por el líquido que fluye hacia abajo por la pared como película. En un punto de la torre la concentración general del gas es yAG = 0.380 fracción mol y la concentración general de líquido es xAL = 0.100. La torre opera a 298 K y 1.013 x 105 Pa y los datos de equilibrio son:

Mediante correlaciones para soluciones diluidas en torres de paredes mojadas, se predice que el coeficiente de película de transferencia de masa para A en la fase gaseosa es kY = 1.465 x 10-3 kg mol A / s m2 fracción mol y para la fase líquida es kX = 1.967 x 10-3 kg mol A/ s m2 fracción mol. Considere que: a) Existe una difusión equimolar de A y B en sentidos opuestos. b) El soluto A se difunde a través de B en reposo en la fase gaseosa y después, a través de un líquido que no se difunde. Calcule los coeficientes globales de transferencia de masa KX y Ky, el flujo específico y el porcentaje de resistencia en la película gaseosa en ambos casos.

2) Use los mismos datos de equilibrio y coeficientes de película ky y kx del problema anterior, y considere ambos casos (NA = -NB y NB = 0). Sin embargo, aplique las concentraciones yAG = 0.25 fracción mol y xAL = 0.05. Obtenga lo siguiente:

a) Concentraciones en la interfaz yAi y xAi y el flujo específico NA. b) Coeficiente total de transferencia de masa KY y el flujo específico NA. c) Coeficiente total de transferencia de masa KX y el flujo específico NA.

3) En una torre se extrae ácido clorhídrico difundido en aire mediante una solución acuosa

que tiene 0.250 [kmol de ácido clorhídrico/kmol de solución]. Esta concentración se eleva

después del paso por la columna, mientras que la concentración en el aire en el mismo

tiempo desciende desde 0.25 hasta 0.15 [kmol de ácido clorhídrico/kmol de gas] en el tope

de la columna. La operación se lleva de tal manera que se garantiza que las fuerzas

impulsoras en el tope y en el fondo de la torre sean iguales.

Experimentalmente se encontró:

𝑘𝑦 = 1.288 ∗ 10−3 𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑚2 𝑠 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑚𝑜𝑙; 𝑘𝑥 = 1.0304 ∗ 10−3

𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑚2 𝑠 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑚𝑜𝑙

Equilibrio

X Y

0.238 0.0889

0.2593 0.0887

0.2857 0.0979

0.3333 0.1413

0.3548 0.1731

0.371 0.2021

0.3865 0.2334

0.4048 0.2745

a) Determine el porcentaje de aumento en la concentración de agua una vez abandone la

columna.

b) La pendiente de la línea de operación.

c) Flujos de gas y líquido si se desean extraer 2000 kg de acido clorhídrico en 4 horas.

d) Los flujos instantáneos en el tope y en el fondo de la columna.

e) Las composiciones en la interfase.

4) Una torre de paredes mojadas se alimenta con soda cáustica como líquido en la pared y una

mezcla de CO2-AIRE como gas en la parte central. A cierto nivel de la torre las

concentraciones son:

215 ppm de CO2 en el aire y 61 ppm en el líquido.

T=26.7°C; P=1atm. Se conoce también que m’’=3.6111

Equilibrio

X(ppm) Y(ppm)

15 185

25 325

36 390

45 415

53 444

68 462

79 534

88 615

a) Hallar: −𝑘𝑥

𝑘𝑦

b) Hallar el porcentaje de resistencia a la transferencia de masa en la fase gaseosa y la fase

líquida.

c) Para 𝑘𝑥 = 2.87 ∗ 10−5 𝑘𝑚𝑜𝑙

𝑚2 𝑠 encontrar 𝐾𝑥 y 𝐾𝑦

5) El dióxido de carbono se difunde través de nitrógeno en un solo sentido a la presión atmosférica y 0ºC. La fracción molar de CO2 en el punto A es 0.2; en el punto B, separado 3 m en la dirección de difusión, su fracción molar es 0.02. La difusividad presente es Dv= 0.144 cm2/s. La fase gaseosa en su conjunto es estacionaria, es decir, el nitrógeno difunde con la misma velocidad que el dióxido de carbono pero en sentido contrario. Calcular :

a- ¿Cuál es el flux molar de CO2 en [Kmol/ft2 h]? b- ¿Cuál es el flux neto de masa, en [Kg/ft2 h]?

6) Se absorbe etanol de una mezcla de alcohol-agua, ambos en fase de vapor, por medio

de un disolvente no volátil en el que el alcohol es soluble y el agua no. La temperatura es de 97ºC y la presión total de 760 mm Hg. Se considera que el vapor de alcohol difunde a través de una película formada por una mezcla gaseosa de alcohol y agua de 0,1 mm de espesor. El porcentaje molar de alcohol en el vapor fuera de la película es del 80% y en el interior, junto al disolvente es del 10%. La difusividad volumétrica de las mezclas alcohol-agua en fase vapor a 25 ºC es 0,15 cm2/s. Calcule la velocidad de difusión del vapor de alcohol en kg/h si el área de la película es de 10 m2.

7) Una columna de pared mojada que opera a la presión total de 518 mm Hg se alimenta con agua y aire, este último a una velocidad de 120 g/min. La presión parcial del vapor de agua en la corriente de aire es de 76 mm Hg. La presión de vapor de la película de agua líquida que fluye sobre la pared de la torre es 138 mm Hg. La velocidad observada para la evaporación de agua en el aire es de 13.1 g/min. El mismo equipo, ahora a la presión total de 820 mm Hg, se alimenta con aire a la misma temperatura que antes y a una velocidad de 100 g/min. El líquido que se vaporiza es n-butanol. La presión parcial del alcohol es 30,5 mm Hg y la presión de vapor del alcohol líquido es de 54,5 mm Hg. ¿Qué velocidad de evaporación, en gramos por minuto, cabe esperar en el experimento con n-butanol?

8) En cierto aparato utilizado para la absorción de SO2 de aire mediante agua y en cierto punto del mismo, el gas contiene 10% SO2 en volumen y está en contacto con un líquido que contiene 0.4% SO2 (densidad=990 kg/m3). La T=50 ºC y P = 1 atm. El coeficiente global de transferencia de masa basado en las concentraciones del gas es KG= 7.36 kmol/m2 s. De la resistencia total a la difusión, el 47% está en la fase gaseosa y el 53% en la líquida. Los datos de equilibrio a 50 ºC son:

kg SO2/ 100 kg agua 0.2 0.3 0.5 0.7

Presión parcial SO2 , mm Hg 29 46 83 119

a- Calcule el coeficiente global basado en las concentraciones del líquido en función de

moles/volumen. b- Calcule el coeficiente individual de transferencia de masa para el gas, expresado en KG

[mol/tiempo (área) (presión)] y ky [mol/tiempo (área) (fracción mol)]. c- Calcule el coeficiente individual de transferencia de masa para el líquido, expresado

en KL [mol/tiempo (área)] y kx [mol/tiempo (área) (fracción mol)]. d- Determine las composiciones interfaciales en las dos fases.