Determinación del coeficiente de transferencia de masa a partir de sólidos que se disuelven en un tanque agitado.

INGENIERÍA QUÍMICA

Laboratorio de Fenómenos de Transporte.
Reporte Práctica 2:
Determinación del coeficiente de transferencia de masa a partir de sólidos que se disuelven en un tanque agitado.

Equipo 5-Grupo B

Integrantes del equipo
Fecha de entrega: 10 de junio de 2011

Introducción Una de las aplicaciones de la Ingeniería Química que resulta más importante a escala industrial esla transferencia de masa, puesto 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. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa. Por otra parte, en muchos casos es necesario conocer la velocidad de transporte de masa a fin de diseñar o analizar el equipo industrialpara operaciones unitarias, en la determinación de la eficiencia de etapa, que debe conocerse para determinar el número de etapas reales que se necesita para una separación dada. Entonces, dada la importancia que tienen las operaciones de transferencia de masa en el mundo actual, en el presente trabajo se pretende estudiar el fenómeno de transferencia de masa en un sistema sólido–líquido en untanque agitado a temperatura constante, para lo cual se va a utilizar un sistema compuesto por agua y alumbre en forma de esferas, en el cual debido a la agitación presente en el tanque, se va a originar una transferencia de masa desde la fase sólida hacia la fase líquida. Posteriormente con los datos experimentales recolectados se desea determinar el coeficiente de transferencia de masa volumétricoy a partir de determinar el área efectiva de transferencia de masa, conocer el coeficiente de transferencia de masa superficial.

Objetivos  Determinación del coeficiente de transferencia de masa volumétrico que está presente en el proceso de disolución de alumbre en una solución acuosa con 20 % en peso de esta misma sal (limadura de alumbre) mediante datos experimentales como el tiempo y elradio de la esfera (datos medibles). A partir del cálculo para el coeficiente de transferencia de masa volumétrico, determinar el coeficiente de transferencia de masa superficial.

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Fundamentos teóricos Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas concentraciones varían de un punto a otro, presenta una tendencia natural a transferir la masa, haciendo mínimas las diferencias deconcentración dentro del sistema . 1 El mecanismo de transferencia de masa depende de la dinámica del sistema, ya sea por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos en reposos o puede transferirse de una superficie a un fluido en movimiento, ayudado por las características dinámicas del flujo. El conocer la rapidez de difusión del soluto en el solvente relacionada con la velocidad de lamezcla en la cual se está moviendo en un punto cualquiera y en cualquier dirección depende de la gradiente de la concentración en ese punto y en esa dirección. Puede ocurrir que la sustancia A pase del sólido a la corriente del fluido que lo rodea, obedeciendo la conocida Segunda Ley de Fick, que es:

Donde: e s el coeficiente de transporte de materia referido a diferencias molares deconcentración, son los moles del soluto A que abandona la interfase por unidad de tiempo y por unidad e área superficial. La composición del soluto en el fluido en la interfase es la composición del fluido en equilibrio con el sólido a la temperatura y presión del sistema. La cantidad de , representa la composición en algún punto dentro de la fase fluido .2

Modelo físico simplificado

El sistema es unaesfera de alumbre suspendida en un recipiente que contiene agua, el siguiente diagrama muestra el proceso de transferencia de masa que se lleva a cabo.

Figura 1. Difusión de alumbre en agua. Sistema de tanques agitados con equipos de conductividad.

Modelo matemático

Figura 2. Esquema para el elemento diferencial de volumen.

Balance de materia El balance de materia se define como:...