INFORME N°1 DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA
Páginas: 16 (3941 palabras)
Publicado: 9 de octubre de 2014
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
INFORME N°1
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA
RESUMEN
El día miércoles 23 de abril del año 2014 en el segundo piso del departamento de Ingeniería Química de la universidad de Santiago de Chile, serealizó la experiencia de “Determinación del coeficiente de transferencia de masa” de un sistema líquido-gas el que tiene como objetivo determinar el coeficiente en una columna de absorción, el cual contiene 9 esferas en el interior. Se trabajó para diferentes caudales de agua analizando los distintos factores que afectan a este coeficiente. También se buscó obtener una correlación adimensional ycompararla con los resultados del coeficiente de Chilton-Colburn, experimental y teóricamente. En el sistema el flujo de agua descendía como líquido y el dióxido de carbono ascendía como flujo de gas por la columna. Se trabajó con el flujo máximo de agua que permitía régimen laminar y así disminuyendo el caudal hasta trabajar con 4 flujos diferentes, para cada caudal se tomaron 4-5 muestras de masa deagua cada 40 [s], debido a que el rotámetro se encontraba descalibrado, y simultáneamente se calculó el tiempo en el que las burbujas de jabón que ascendían por una columna adyacente a la principal donde pasaban por 3 intervalos en el cual cada subsección correspondía a 50 [mL] de gas. Con los datos obtenidos se calcularon los caudales, el flujo másico de agua y el flujo molar de dióxido decarbono, además se obtuvieron las concentraciones de dióxido de carbono en el seno de la fase líquida y en la interfase .Para lograr obtener el coeficiente de Chilton-Colburn también fue necesario conocer correlaciones adimensionales como el número de Schmidt, de Reynolds y Sherwood, junto con la constante de difusividad. Los valores resultantes de los coeficientes de transferencia de masa están entre3,0740 y 3,7167 donde se deduce que el coeficiente es directamente proporcional al caudal, si el caudal aumenta, también aumenta el coeficiente de transferencia de masa. La correlación adimensional otorga un R2 = 0,9943 para lo que significa que el ajuste utilizado fue el adecuado para el sistema. La comparación entre el coeficiente experimental y el teórico otorga errores que se encuentranentre 75,98% y 81,11% que se debe a que las condiciones de trabajo fueron diferentes para cada correlación, cabe recordar que la correlación teórica fue calculada mediante un experimento similar, pero a diferentes condiciones.
ÍNDICE
1. OBJETIVOS
1.1 Determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de masa en una columna de laboratorio, en sistemas controlados porla fase líquida.
1.2 Analizar conceptualmente las diferentes variables que afectan al coeficiente, seleccionando las variables de operación más importantes en la experiencia.
1.3 Obtener una correlación adimensional y comparar los resultados obtenidos con datos de bibliografía.
2. TEORÍA
2.1 Concentración de dióxido de carbono seno del fluido.
Para la presiónparcial de CO2 en la cámara de sobrepresión se requiere de un análisis de hidrostática y del cálculo de la presión de vapor del agua.
Dado un balance hidrostático, se obtiene:
(2.1.1)
La ecuación de Antoine permite obtener la presión de saturación de vapor en [atm] en función de la temperatura, esta es:
(2.1.2)
Donde son constantes.
El flujo molar para cada caudal de CO2 sedespeja de la ecuación de gases ideales, es decir:
(2.1.3)
La concentración de CO2 en el seno de la fase líquida se calcula mediante la división entre el flujo molar y el caudal del gas.
(2.1.4)
2.2 Concentración de dióxido de carbono interfase.
Para poder obtener la fracción molar de CO2 () es necesario recurrir a la ley de Henry, la cual se describe como:
(2.2.1)
La...
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
INFORME N°1
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA
RESUMEN
El día miércoles 23 de abril del año 2014 en el segundo piso del departamento de Ingeniería Química de la universidad de Santiago de Chile, serealizó la experiencia de “Determinación del coeficiente de transferencia de masa” de un sistema líquido-gas el que tiene como objetivo determinar el coeficiente en una columna de absorción, el cual contiene 9 esferas en el interior. Se trabajó para diferentes caudales de agua analizando los distintos factores que afectan a este coeficiente. También se buscó obtener una correlación adimensional ycompararla con los resultados del coeficiente de Chilton-Colburn, experimental y teóricamente. En el sistema el flujo de agua descendía como líquido y el dióxido de carbono ascendía como flujo de gas por la columna. Se trabajó con el flujo máximo de agua que permitía régimen laminar y así disminuyendo el caudal hasta trabajar con 4 flujos diferentes, para cada caudal se tomaron 4-5 muestras de masa deagua cada 40 [s], debido a que el rotámetro se encontraba descalibrado, y simultáneamente se calculó el tiempo en el que las burbujas de jabón que ascendían por una columna adyacente a la principal donde pasaban por 3 intervalos en el cual cada subsección correspondía a 50 [mL] de gas. Con los datos obtenidos se calcularon los caudales, el flujo másico de agua y el flujo molar de dióxido decarbono, además se obtuvieron las concentraciones de dióxido de carbono en el seno de la fase líquida y en la interfase .Para lograr obtener el coeficiente de Chilton-Colburn también fue necesario conocer correlaciones adimensionales como el número de Schmidt, de Reynolds y Sherwood, junto con la constante de difusividad. Los valores resultantes de los coeficientes de transferencia de masa están entre3,0740 y 3,7167 donde se deduce que el coeficiente es directamente proporcional al caudal, si el caudal aumenta, también aumenta el coeficiente de transferencia de masa. La correlación adimensional otorga un R2 = 0,9943 para lo que significa que el ajuste utilizado fue el adecuado para el sistema. La comparación entre el coeficiente experimental y el teórico otorga errores que se encuentranentre 75,98% y 81,11% que se debe a que las condiciones de trabajo fueron diferentes para cada correlación, cabe recordar que la correlación teórica fue calculada mediante un experimento similar, pero a diferentes condiciones.
ÍNDICE
1. OBJETIVOS
1.1 Determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de masa en una columna de laboratorio, en sistemas controlados porla fase líquida.
1.2 Analizar conceptualmente las diferentes variables que afectan al coeficiente, seleccionando las variables de operación más importantes en la experiencia.
1.3 Obtener una correlación adimensional y comparar los resultados obtenidos con datos de bibliografía.
2. TEORÍA
2.1 Concentración de dióxido de carbono seno del fluido.
Para la presiónparcial de CO2 en la cámara de sobrepresión se requiere de un análisis de hidrostática y del cálculo de la presión de vapor del agua.
Dado un balance hidrostático, se obtiene:
(2.1.1)
La ecuación de Antoine permite obtener la presión de saturación de vapor en [atm] en función de la temperatura, esta es:
(2.1.2)
Donde son constantes.
El flujo molar para cada caudal de CO2 sedespeja de la ecuación de gases ideales, es decir:
(2.1.3)
La concentración de CO2 en el seno de la fase líquida se calcula mediante la división entre el flujo molar y el caudal del gas.
(2.1.4)
2.2 Concentración de dióxido de carbono interfase.
Para poder obtener la fracción molar de CO2 () es necesario recurrir a la ley de Henry, la cual se describe como:
(2.2.1)
La...
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