23)2017-1_Méndez Maldonado_René Manuel
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Operaciones Unitarias II Experimentación y predicción de curvas de ruptura para adsorción de vapor de agua con harina de maíz en lecho empacado. Méndez Maldonado René Manuel 20 de Abril de 2017
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Operaciones Unitarias II
Experimentación y predicción de curvas de ruptura para adsorción de vapor de
agua con harina de maíz en lecho empacado.
Méndez Maldonado René Manuel20 de Abril de 2017
Experimentación y predicción de curvas de ruptura para adsorción de vapor de agua con harina de maíz en lecho
empacado.Hua Chang, Xi-Gang Yuan ∗, Hua Tian, Ai-Wu Zeng
School of Chemical Engineering and Technology,
Tianjin University, Tianjin 300072, PR China
Revista:
Chemical Engineering and Processing
Vol. 45 (2006) páginas 747–754
Recibido el 16 de noviembre de 2005Aceptado el 5 marzo 2006
Disponible en línea 10 marzo 2006
Índice
■ 1. Introducción
■ 2. Experimentación
■ 3. Modelos considerados en este trabajo
■ 4. Resultados y discusión
■ 5. Conclusiones
Introducción
Los materiales espumosos pueden adsorber y eliminar el agua de los vaporesde alcohol para secar el etanol a grado de combustible de una maneraenergéticamente eficiente.
Debido a la fuerte atracción polar entre las moléculas de agua y los gruposhidroxilo del adsorbente, el agua puede adsorberse sobre el adsorbente másrápido y más fuerte que el etanol, que se conoce como principal mecanismopara la adsorción selectiva de agua.
Experimentación
Las harinas de maíz utilizadas como adsorbentes proceden del condado de
Wuqing en el norte de China, con una granularidad <0,45 mm.
Todos los adsorbentes se secaron durante 8 horas en un horno de convección de aire a 105 ◦C.
Se utilizaron 120 gramos de harina de maíz seca en todas las series.
Para proporcionar fuentes de vapor con diferentes concentraciones, se
prepararon mezclas agua-etanol con diferentes concentraciones mezclando
etanol anhidro y agua.
Diagrama del aparato experimental para adsorción en lecho fijo: (1) adsorbedor; (2) adsorbente; (3)
embalaje de la ayuda; (4) baño de aceite; (5) hervidor y calentador eléctrico; (6) y (7) condensador;
(8) controlador de voltaje; (9) expulsión de gas; (10) trampa de frío; (11) agua de refrigeración; (12)
rotámetro.
Etapa 1
■ Utilizando el aparato de la Fig. 1a, 120 g de adsorbente en el adsorbedor y la
alimentación de vapor pasó a través del adsorbedor y el producto rico en etanol se
recogió en el extremo de salida del condensador 7.
■ El adsorbedor se hizo funcionar durante 300 min y las curvas de ruptura se pueden
obtener midiendo la concentración De la solución de salida a intervalos de tiempo
establecido.
En la que el adsorbedor fue lavado con nitrógeno gaseoso durante 240 min usando
el mismo aparato pero configurado como la Fig. 1b. El material desorbido se recogió
en la trampa fría que se enfrió mediante nitrógeno líquido, se pesó mediante Mettler
AE163 y por cromatograma de gases.
Etapa 2
MODELOSCONSIDERADOS EN ESTE
TRABAJO
■ Isoterma de adsorción lineal.
La isoterma de adsorción para el agua puede correlacionarse como una
isoterma de adsorción lineal, la cual es dada por
q=Kc
K= Constante de equilibrio de adsorción para una isoterma de adsorción
lineal
q= masa de agua adsorbida en adsorbente de mol/m-3
c= concentración de agua en molm-3.
Modelo de fuerza motriz lineal para transferencia de masa.
q*= Es la carga de adsorbato en equilibrio con la concentración de
soluto c.
C*= Es la concentración en equilibrio con carga media 𝑞
K= Es el coeficiente global de transferencia de masa en s-1, que incluye
tanto las resistencias de transporte externas como las internas
k= Es la constante de equilibrio de adsorción para una isoterma de
adsorción lineal en la Ec. (1).
Relación para el factor Kk
kc= Coeficiente de transferencia de masa externo en m / s,
De= Difusividad efectiva en m2 / s
Rp= Radio de la partícula adsorbente en m.
El primer término de la ecuación (4) son las resistencias
globales de transferencia de masa, el segundo y el tercer
término son externos e interno, respectivamente.
La solución analítica de una forma simplificada de la ecuación (2)
En la que se asumió una dispersión axial insignificante, una velocidad constante del
fluido u, y el modelo de transferencia de masa de fuerza motriz lineal, fue resumida
por Ruthven y discutida en detalle por Klinkenberg.
ξ= Es la coordenada de distancia adimensional,
τ = La coordenada adimensional del tiempo
erf (x) es la función de error
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se adsorbió etanol considerable en la harina de maíz en todas las
corridas, que debe ser recuperado por reciclado a una etapa de
destilación si se usa para el proceso de separación.
Tabla 1
CorridaTemp. de lecho
(C°)
Concentr. De etanol
en la alimentación de
vapor %
Concentración
de agua
Humedad
relativa del
agua
Humedad
relativa de
etanol
Capacidad de
adsorción del
agua (g/g ads
x10^2-)
Capacidad de
adsorción del
etanol (g/g
ads x10^2-)
Capacidad de
adsorción del agua
q(molH2O/m^3 ads)
1 82 97.4 2.31 0.133 0.858 1.89 7.47 888.8
2 82 93.8 5.11 0.294 0.764 4.11 7.01 1938.16
3 91 97.4 2.19 0.091 0.596 1.74 3.01 817.52
4 91 95.2 3.92 0.163 0.563 2.8 3.18 1318.85
5 91 93.8 4.99 0.208 0.547 2.92 2.52 1374.6437
6 91 90.5 7.31 0.304 0.504 4.5 2.73 2118.8588
7 91 87.8 9.15 0.381 0.477 5.6 2.77 2636.8131
8 100 97.5 2.11 0.065 0.446 1.35 1.56 637.1892
9 100 93.8 5.01 0.153 0.41 2.59 1.59 1219.7844
Temp; Temperatura, Ads;Adsorbente
Modelo linear de la isoterma de adsorción del agua
Al ajustar los resultados experimentales de la isoterma de adsorción a la isoterma lineal representada por la ecuación (1), la constante de equilibrio de adsorción a diferentes temperaturas se correlacionó y se enumeró en la Tabla 2,
Predicción de difusividad efectiva
La difusividad efectiva se obtuvo con las ecuaciones, al experimentar y
hacer cambios como:
• Temperatura del lecho
• Profundidad del lecho
• Velocidad superficial
• Concentración de agua
Comparación de las curvas de ruptura entre los
resultados experimentales (puntos ) y el modelo de
Klinkenberg (línea continua) (temperatura del lecho
de 91 ° C, profundidad del lecho de 43 cm,
velocidad superficial de 1,64 cm / s, alimentación de
la concentración de agua de 6,2% en peso.
Comparación de las curvas de ruptura entre los
resultados experimentales (puntos ) y el modelo
de Klinkenberg (línea continua) (temperatura del
lecho de 100 ◦ C, profundidad del lecho de 43
cm, velocidad superficial de 1,70 cm / s,
alimentación de la concentración de agua de
6,2. %).
Predicciones de curvas de ruptura y comparación con resultados experimentales
■ Generalmente, los modelos de Klinkenberg, las ecuaciones (6) y (9)
En este trabajo intentamos predecir las curvas de ruptura para diferentes
profundidades del lecho, así como diferentes velocidades y diferentes
concentraciones de vapor de agua usando el valor de k obtenido en la sección
anterior.
Predicción de curvas de ruptura para diferentes profundidades de lecho (línea
continua) y comparación con resultados experimentales (puntos) (temperatura del
lecho de 91 ◦C, velocidad superficial 1,60 cm / s, alimentación de concentración de
agua de 6,2% en peso).
Las predicciones de la curva de avance para diferentes profundidades de la cama y la
comparación con los datos experimentales se muestran en la Fig. 6.
Comparación de las curvas de avance entre los resultados experimentales (puntos) y el
modelo de Klinkenberg (línea continua) con el valor k actualizado (temperatura del lecho
de 91 ◦ C, profundidad del lecho 43 cm, velocidad superficial de 1,76 cm / s, y 20% en
peso de agua.
■ Se puede estimar el coeficiente de transferencia de masa
externo para diferentes condiciones de operación.
■ La resistencia total de transferencia de masa 1 / kK
aumenta con el aumento de la temperatura
■ La resistencia interna de transferencia de masa es el factor
de control, incluso para una gran velocidad al final de las
curvas de ruptura
■ El coeficiente de transferencia de masa global es similar
tanto para velocidades bajas como altas
CONCLUSIONES
■ Las isotermas de adsorción para agua a 82-100 ◦ C se midieron en un aparato de lecho fijo.
■ Al ajustar los resultados experimentales de las curvas de ruptura al modelo de Klinkenberg, el coeficiente de transferencia de masa total se estimó como 2,7813 × 10-3 s-1 y se utilizó con éxito
■ El análisis de la resistencia a la transferencia de masa indicó que la adsorción de agua en la harina de maíz estaba controlada por la resistencia interna de transferencia de masa para la velocidad baja y alta al final de las curvas de ruptura.
Gracias por su atención
