DIFUSION DE VAPORES EN EL DIFUSION DE VAPORES EN EL AIREAIRE

PorPorGuadalupe Solis ArceGuadalupe Solis Arce

En la industria los procesos implicados en En la industria los procesos implicados en operaciones de transferencia de materia son de operaciones de transferencia de materia son de gran importancia, constituyendo más del 50 % gran importancia, constituyendo más del 50 % del capital invertido en equipos donde llevar a del capital invertido en equipos donde llevar a cabo dichas operaciones. Existe un gran número cabo dichas operaciones. Existe un gran número de operaciones industriales en las que se ponen de operaciones industriales en las que se ponen en contacto una fase líquida con otra gaseosa, en contacto una fase líquida con otra gaseosa, produciéndose el transporte de materia entre produciéndose el transporte de materia entre ambas. ambas.

El presente artículo describe los resultados El presente artículo describe los resultados de un estudio de las tasas de vaporización de de un estudio de las tasas de vaporización de nueve diferentes líquidos en un movimiento de nueve diferentes líquidos en un movimiento de aire en aire en las torres de paredes mojadas.las torres de paredes mojadas.

Las columnas de pared mojada pueden Las columnas de pared mojada pueden utilizarse para:utilizarse para:

Determinar coeficientes de transferencia Determinar coeficientes de transferencia de masa gas/líquidode masa gas/líquido

Calcular el diseño de las torres de Calcular el diseño de las torres de absorción. absorción.

Dichos coeficientes forman la base de las Dichos coeficientes forman la base de las correlaciones usadas para desarrollar correlaciones usadas para desarrollar torres de relleno. torres de relleno.

FUNCIONAMIENTO DE FUNCIONAMIENTO DE TORRES TORRES DE PAREDES MOJADASDE PAREDES MOJADAS

Consisten en una torre cilíndrica donde una Consisten en una torre cilíndrica donde una película delgada de líquido fluye por las película delgada de líquido fluye por las paredes y la corriente de gas pasa por en paredes y la corriente de gas pasa por en medio. Este arreglo es común para pruebas de medio. Este arreglo es común para pruebas de laboratorio, aunque industrialmente, se puede laboratorio, aunque industrialmente, se puede utilizar para absorber ácido clorhídrico, ya que utilizar para absorber ácido clorhídrico, ya que esta es exotérmica se utilizan esta es exotérmica se utilizan enchaquetamientos de agua fría. La caída de enchaquetamientos de agua fría. La caída de presión de estas torres es obviamente muy presión de estas torres es obviamente muy baja.baja.

PROCESO DEL ANALISIS DEL PROCESO DEL ANALISIS DEL ARTICULOARTICULO

Se analizaran Se analizaran datos vaporización de nueve líquidos en el aire que datos vaporización de nueve líquidos en el aire que fluye en una pared mojada de la columnafluye en una pared mojada de la columna..

Se compararon los índices de difusión de los distintos vapores de Se compararon los índices de difusión de los distintos vapores de gas a través de las películas en idénticas condiciones de gas a través de las películas en idénticas condiciones de temperatura, presión, fuerza motriz, y la turbulencia del aire.temperatura, presión, fuerza motriz, y la turbulencia del aire.

Los ensayos se realizaron en un rango de presiones total de 110 Los ensayos se realizaron en un rango de presiones total de 110 a 2330 mm. de mercurioa 2330 mm. de mercurio

El aparato utilizado consistía en un tubo vertical, 2,67 cm. de El aparato utilizado consistía en un tubo vertical, 2,67 cm. de diametro interiordiametro interior y 117 cm. de largo. y 117 cm. de largo.

Los líquidos utilizados se recirculan a través del sistema por Los líquidos utilizados se recirculan a través del sistema por medio de una pequeña bomba giratoria. medio de una pequeña bomba giratoria.

La columna se apoya en el concreto sobre los cimientos del La columna se apoya en el concreto sobre los cimientos del edificio y está prácticamente libre de vibracionesedificio y está prácticamente libre de vibraciones

Los líquidos utilizados fueron sustancialmente constante en su Los líquidos utilizados fueron sustancialmente constante en su punto de ebullición obtenidos de la destilación ordinaria comercialpunto de ebullición obtenidos de la destilación ordinaria comercial

La difusión de la resistencia a la vaporización se expresa en La difusión de la resistencia a la vaporización se expresa en términos del espesor efectivo de la película, x, el espesor términos del espesor efectivo de la película, x, el espesor de un estancamiento de la capa de gas que ofrecen la de un estancamiento de la capa de gas que ofrecen la misma resistencia a la difusión como es, en realidad, ha misma resistencia a la difusión como es, en realidad, ha tropezado. Los resultados obtenidos en el flujo tropezado. Los resultados obtenidos en el flujo turbulento correlacionan bien por las dimensiones de la turbulento correlacionan bien por las dimensiones de la ecuación:ecuación:

Donde Donde d = diámetro interior de la columna; d = diámetro interior de la columna; u, u, ρρ, , μμ = lineal de la velocidad, densidad, la viscosidad de = lineal de la velocidad, densidad, la viscosidad de

la turbulenta de gas, respectivamente, la turbulenta de gas, respectivamente, D = coeficiente de difusión para el sistema de gas-vapor.D = coeficiente de difusión para el sistema de gas-vapor.

44.0

83.0

023.0

D

du

x

d

METODO DEL CALCULOMETODO DEL CALCULO El procedimiento en la interpretación de los resultados fue El procedimiento en la interpretación de los resultados fue

obtener valores para cada corrida de la película de espesor obtener valores para cada corrida de la película de espesor eficaz, x, en la ecuación de Stefan difusión eficaz, x, en la ecuación de Stefan difusión

NA = gramo mols difundidos / seg / cmNA = gramo mols difundidos / seg / cm2 2 de la interfase de de la interfase de superficie superficie D = coeficiente de difusión, cmD = coeficiente de difusión, cm22 / seg / seg

P = presión total, atm P = presión total, atm R = constante de los gases, cc. R = constante de los gases, cc. Atm / gramo mol / K Atm / gramo mol / K T = abs. Temp, K T = abs. Temp, K ΡΡ BM = media logarítmica de la presión parcial de gas inerte BM = media logarítmica de la presión parcial de gas inerte

(aire) a través de la cual el vapor se difunde, mm. (aire) a través de la cual el vapor se difunde, mm. Hg. Hg. ΔρΔρ A = diferencia de medias de presión de vapor en el aire, mm. A = diferencia de medias de presión de vapor en el aire, mm.

Hg. Hg. x = espesor de la pelicula, cm x = espesor de la pelicula, cm

Ejemplo de cálculo, corrida NB7cEjemplo de cálculo, corrida NB7c

Corriente de aire = 100 gr/min; vaporización = 6.9 cc/min.Corriente de aire = 100 gr/min; vaporización = 6.9 cc/min. Alcohol butílico en la salida del gas = 0.805 x 6.9 = 5.56 gr/minAlcohol butílico en la salida del gas = 0.805 x 6.9 = 5.56 gr/min presión parcial del alcohol n-butilo ala salida del gas = presión parcial del alcohol n-butilo ala salida del gas =

= 17.5 mm= 17.5 mm

presión vapor del alcohol n-butilo a la temperatura de entrada = 38 mmpresión vapor del alcohol n-butilo a la temperatura de entrada = 38 mm presión vapor del alcohol n-butilo a la temperatura de salida = 28.7 mmpresión vapor del alcohol n-butilo a la temperatura de salida = 28.7 mm Media de la fuerza motriz =Media de la fuerza motriz = = 24.4 mm = 24.4 mm

ρρBM =BM = =799 mm =799 mm

D a 49.9º C y 820 mm = 0.0974 x 760/820 = 0.0903 cm2 / segD a 49.9º C y 820 mm = 0.0974 x 760/820 = 0.0903 cm2 / seg Superficie mojada = 2.67 x π x 117 = 981 cm2Superficie mojada = 2.67 x π x 117 = 981 cm2

820

29100

7456.5

74/56.5x

5.20

7.28ln

)5.1738(7.28

4

7.285.1738820

= 0.00000128 gmol/seg/cm2= 0.00000128 gmol/seg/cm2

Sección transversal del tubo =Sección transversal del tubo = = 5.61 cm2= 5.61 cm2

µ = viscosidad del aire a 50ºC = 0.000197µ = viscosidad del aire a 50ºC = 0.000197

sfssfs

9817460

56.5

xxNA

2)67.2(4

14.3

41506061.5

2/56.5100

000197.0

67.2

x

du

DISCUSION DE RESULTADOSDISCUSION DE RESULTADOS