Determinación De Coeficientes De Difusividad En Fase Gaseosa

Práctica 3 |
DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE COEFICIENTES DE DIFUSIÓN MOLECULAR EN FASE LÍQUIDA |
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28 de septiembre y 1 de octubre de 2012
28 de septiembre y 1 de octubre de 2012

OBJETIVOS
Estudiar el concepto básico de la difusión molecular en fase líquida, fundamento de la separación de componentes en las Operaciones Básicas de Transferencia de Matéria.
INTRODUCCIÓN TEÓRICALos procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. En muchos casos, es necesario conocer la velocidad de transporte de masa a fin de diseñar o analizar el equipo industrial para operaciones unitarias, en la determinación de laeficiencia de etapa, que debe conocerse para determinar el número de etapas reales que se necesita para una separación dada. Esta velocidad está directamente relacionada al fenómeno llamdo difusión, el cual poder ser caracterizado por la difusividad, suele tener lugar como uno de los eslabones que constituyen la secuencia de etapas fundamentales del proceso global.
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La difusión molecular, uordinaria, es un fenómeno por el cual las especies individuales de una sustancia se mueven, a través de otra sustancia o mezcla, como consecuencia de un gradiente de concentración. Es un fenómeno más complejo que el flujo viscoso o que la conducción de calor, debido a la necesidad de operar con mezclas, en las que las velocidades de difusión de los componentes individuales son distintas. Aunquetambién se conocen fenómenos de difusión térmica, de presión o forzada, en esta práctica el estudio se limita a difusión molecular, o sea, aquella que se debe exclusivamente a la existencia de un gradiente de concentración en el sistema. La difusión molecular sigue la 1ª Ley de Fick de la difusión, que para un sistema binário (A-B), en fase líquida, se expresa mediante la ecuación:
NA=xANA+NB-cDAB∇xA
donde,
NA = Densidad de flujo molar de A, kmol A/s·m²
NB = Densidad de flujo molar de B, kmol A/s·m²
xA = Fracción molar de A en la disolución, adimensional
c = Concentración total, kmol/m³
DAB = Coeficiente de difusión molecular, m²/s
∇ = Operador gradiente
La velocidad de difusión molecular en líquidos es mucho menor que en gases. Las moléculas de un líquido están muy cercanas entresí en comparación con las de un gas; la densidad y la resistencia a la difusión de un líquido son mucho mayores, por tanto, las moléculas de A que se difunden chocarán con las moléculas de B con más frecuencia y se difundirán con mayor lentitud que en los gases. Debido a esta proximidad de las moléculas las fuerzas de atracción entre ellas tiene u efecto importante sobre la difusión.
Engeneral, el coeficiente de difusión de un gas es de un orden de magnitud de unas 10 veces mayor que un líquido. La teoría cinético-molecular de los líquidos está mucho menos desarrollad que la delos gases. Por esta razón, la mayor parte de los conocimientos referente a las propiedades de transporte se han obtenido experimentalmente. Se han elaborado varias teorías y modelos, pero los resultados delas ecuaciones obtenidas aún presentan desviaciones notables con respecto a los datos experimentales. En la difusión de líquidos, una de las diferencias más notorias con la difusión en gases es que las difusividades suelen ser bastante dependientes de concentración de los componentes que se difunden. La difusividad de líquidos para muchos sistemas binarios ha sido determinada experimentalmente y sedispone de tablas que proporcionan la información requerida. En contraste con los gases, para los cuales existe una teoría cinética avanzada para explicar el movimiento molecular, las teorías que se disponen para explicar la estructura de los líquidos y sus características aún son inadecuadas para permitir un tratamiento riguroso.
La difusión de un electrolito es un fenómeno complejo debido a la...