TRANSFERENCIA DE MASA INTERFACIAL

1.- Se tiene una torre de absorción en corriente directa de 50 cm de diámetro y una altura determinada donde se realiza la transferencia de masa de la F.G. (aire) a la F.L. (agua), esta segunda fase inicialmente se encuentra a la tercera parte inferior de la muestra que se sacó posteriormente de la parte media de la torre, cuya concentración es del 49% en peso de amoniaco, la concentración del gas en ese punto es de 30% en peso de aire, las condiciones de operación en la torre son en condiciones normales, la densidad del amoniaco líquido en el lugar

donde se sacó la muestra es de 0,982 g

cm3 , la densidad del gas es de 0.616 kg

m3 cuya viscosidad es

de 6.160∗10−5kgms

. El gasto es tal que el coeficiente de transferencia de masa local en el líquido

es k L=4.960∗10

−5 kmol

m2 skmol

m3

. Determinar:

El flux local en la fase liquida si los números adimensionales de sherwood y Schmidt son de 42 y 0,639 respectivamente.

Los datos de equilibrio para este sistema expresados en fracción mol y en condiciones normales son:

y 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,050 0,020x 0,635 0,640 0,590 0,535 0,465 0,400 0,315 0,210 0,125 0,035

Solución:

O ,5046∗13

=0,1680

yBG=¿30% en peso Aire

x AL=¿49% en peso NH 3

ρLNH3=¿ 0,982

g

cm3

ρG=0.616kg

m3

D = 50 cm

y AG=

7017

7017

+3028,92

=0,7988

x AL=

4917

4917

+5118,02

=0,5046

FL=k L∗xBM∗CL

ρMez=C L=ρNH3∗xNH3

+ρH 2O∗xH 2O

ρMez=57,765∗0,5046+55,494∗(1−0,5046 )=56,6399[ kmolm3 ]xBM=

xB1−xB 2

ln( xB1xB2 )=

(1−0,1682)−(1−0,5046)

ln( 1−0,16821−0,5046 )=0,6491

FL=4,960∗10−5 kmol

m2 s( kmolm3 )∗0,6491∗56,6399( kmolm3 )=1,8235∗10−3( kmolm2 s )

Shℜ∗Sc

=FG

CG∗u…………1

ℜ=L∗u∗ρμ

…………2

De 1:

FG=Sh∗CG∗u

ℜ∗Sc…………3

2 en 3:

FG=Sh∗CG∗uL∗u∗ρ

μ∗Sc

=Sh∗CG∗μL∗Sc∗ρ

CG:

PG∗V G=nG∗R∗T G PCN∗V CN=nCN∗R∗TCN

nGV G

=PG

R∗T G

1 1R

=nCN∗T CN

PCN∗V CN

2

1 en 2:

CG=

PG

TG

∗nCN∗T CN

PCN∗V CN

= 1atm∗1kmol∗273k273k∗1atm∗22,41m3

=0,0446 [ kmolm3 ]

MMez=MNH 3∗xNH 3

+M aire∗xaire=17∗0,7988+28,92∗(1−0,7988 )=19,398 kgkmol

ρG=0,616

kg

m3∗1kmol

19,398kg=0,0318 kmol

m3

μ=6,160∗10−5

kgms

∗1kmol

19,398kg=3,175∗10−6 kmol

ms

FG=42∗0,0446 kmol

m3∗3,175∗10−6 kmol

ms

0,5m∗0,0318 kmolm3

∗0,639=5,854∗10−4 kmol

m2 s

y A=1−(1− y AG )( 1−x AL1−xA )

F L

FG

y A=1−(1−0,7988 )( 1−0,50461−0,5046 )1,8235∗10−3

5,854∗10−4 =0,7988

Por analogía se calcula los demás valores de y A de la misma manera:

x A 0,5046 0,55 0,60 0,65 0,70y A 0,7988 0,728 0,608 0,406 0,0402

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

N A=FL∗ln( 1−xAL1−x Ai )=1,8235∗10−3∗ln( 1−0,50461−0,597 )=3,764∗10−4 kmolm2 s

1.-En una torre de paredes mojadas, se realiza transferencia de masa del soluto NH3 de la F.G.(aire) a la F.L.( agua), de la parte media se obtiene muestras

donde los siguientes resultados de concentración del gas 18% de volumen y concentración del liquido 2% en peso del soluto. El coeficiente de transferencia de masa local en fase gaseosa, en fracción mol es 1.26x10-3 Kmol/m2s y el coeficiente de transferencia de masa en el liquido es de 1.39x10-3 Kmol/m2s.

La temperatura de operación de la torre es de 2ºC y una presión de 1.4 atm. Suponiendo que es recta la línea de fuerza motriz. Determinar el flux local de transferencia de masa en la fase liquida. Se desprecia la evaporación del líquido. Los datos de equilibrio para este sistema 2ºC y 1.14 atm son:

x 0.2250 0.1875 0.1550 0.1175 0.0820 0.0500 0.0325y 0.2625 0.1875 0.1375 0.0875 0.0500 0.0250 0.0125

Datos:

y AG=0.18 k y=1.26∗10−3 Kmol

m2sT=2ºC

P=1.4 atm

X AL=2% peso k x=1.39∗10−3 Kmol

m2 s

N AFL=?

Solución:

x AL=

217

217

+9818.02

=0.021

N A=k x (x Ai−x AL)

Calculando θ

θ=tan−1(−K x

K y)=tan−1(−1.39∗10−31.26∗10−3 )=−47.808 ° ≅−48 °

0 0.1 0.20

0.1

0.2

0.3

N A=1.39∗10−3 Kmol

m2 s(0.112−0.021 )

N A=1.245∗10−4 Kmol

m2 s

3.- En una torre de absorción de paredes mojadas, se utiliza la correspondiente transferencia de masa de un gas (propano- aire) en un líquido (hidrocarburo no volátil) de peso molecular 18. De la parte media de la torre se obtiene muestras del gas y el líquido, las cuales son: concentración del propano en el líquido 0.74% en peso de propano.

El coeficiente de transferencia de masa local del líquido en fracción mol es

1.423x10-2 Kmol

m2 s

El coeficiente de transferencia en la torre es 1.302x10-2 Kmol

m2 satm. La temperatura de

funcionamiento de la torre es15ºC y una presión de operación de 0.9 atm. Sabiendo que para este problema la utilización de los coeficientes tipo K son los más recomendados. Determinar:

El flux local de transferencia de masa en la fase gaseosa, se desprecia cualquier tipo de evaporación de líquido los datos de equilibrio para este sistema a 15ºC y 0.9 atm de presión son:

x 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.050y 0.200 0.128 0.062 0.030 0.009 0.004

Datos:

y AG=0.19 k x=1.423∗10−2 Kmol

m2 s

X AL=0.74% peso KG=1.372∗10−2 Kmol

m2 satm

Solución:N A=k y ( y AG− y Ai)

x AL=

0.7444

0.7444

+99.2618.02

=0.003

Calculando k y

KG∗PBM=k y∗PBM

PT

→k y=KG∗PT

T=15ºC

P=0.9 atm

k y=1.372∗10−2 Kmol

m2 satm∗0.9atm→k y=0.0123

Kmol

m2 s

θ=tan−1(−K x

K y)=tan−1(−1.423∗10−20.0123 )=−49.16 °

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.1

0.2

N A=0.0123Kmol

m2 s(0.19−0.018 )

N A=2.116∗10−3 Kmol

m2 s