DISEO DE REACTORES HETEROGNEOS

DISEO DE REACTORES HETEROGNEOS

LABORATORIO 2

I.CINETICA DE DISOLUCIN DE SUBSTANCIAS SLIDAS

TEORA

La disolucin de sustancias slidas es uno de los procesos heterogneos que ocurren en la frontera entre dos fases, este lmite se conoce como la interfase. Obviamente una de las fases es un slido, y la reaccin ocurre en la superficie slida, presentndose las siguientes etapas:

( Difusin de las sustancias que interactan a la superficie,

( Adsorcin en la superficie,

( Reaccin en la superficie,

( Desercin desde la superficie,

( Difusin de productos desde la superficie.

La velocidad de reaccin total del proceso heterogneo esta controlada por la etapa ms lenta y en el caso de sistemas slido lquido, la etapa determinante de la velocidad son los subprocesos que relacionan la difusin.

En los procesos de disolucin de compuestos cristalinos slidos en solucin acuosa, las etapas mencionadas anteriormente son complementadas con la hidratacin de la superficie y los productos de la disolucin. La disolucin de sustancias slidas esta controlada por la etapa de reaccin ms lenta, la cual es la difusin de compuestos disuelto e hidratados desde la superficie slida. En el transporte por difusin de sustancias disueltas a travs de una capa fina de difusin (, la concentracin de las sustancias disueltas decrece continuamente a partir de la concentracin de la solucin saturada ( CS ) en la superficie del slido hasta el nivel de concentracin (C) en el seno de la solucin. La fuerza impulsora de difusin es el gradiente espacial de concentracin que esta de acuerdo a la primera ley de Fick:

En donde dn (moles) es la cantidad de substancia disuelta en el intervalo de tiempo dt (s), D (m s-1) es el coeficiente de difusin, S (m2) representa la superficie total de la substancia slida disuelta y finalmente dC/dx es el gradiente de concentracin. Cuando el mezclado es eficiente, la capa de difusin es muy fina (0,02 0,05 nm) y el gradiente de concentracin se puede reemplazar por una simple aproximacin lineal dC/dx = (C-Cs)/(. Para la cantidad de substancia disuelta se puede escribir dn = VdC, en donde V es el volumen total de la solucin y dC es el incremento de concentracin.

Reemplazando lo anterior en la ecuacin de Fick, separando variables e integrando se obtiene la siguiente relacin

Qu representa la constante K?La cual formalmente equivale a una cintica de reaccin de primer orden.

Mtodo

El proceso de disolucin de substancias inicas en solucin se puede observar midiendo cambios de conductividad (G) con el tiempo:

Estas mediciones se llevan a cabo en un vaso de precipitados que inicialmente contiene agua destilada y en condiciones constantes, volumen, temperatura y agitacin. Cuidadosamente se pone la(s) tableta(s) de KCl en el tubo de pruebas y se introduce y fija en el vaso. Al mismo tiempo se pone en funcionamiento un cronmetro y se mide la conductividad en la solucin a diferentes tiempos.

El anlisis de datos para todas las pruebas (difieren en la cantidad de tabletas (masa inicial de KCl)), permite determinar la constante K, conocida como constante de disolucin.

IIDETERMINACIN DE LA CONSTANTE DE TRANSFERENCIA DE MASATEORIA.El anlisis de compartimientos es una herramienta poderosa para cuantificar el cambio en las cantidades de una substancia particular en compartimientos interconectados a travs del intercambio de material. Por ejemplo, el transporte de drogas a travs del cuerpo humano se puede modelar como un sistema de multi-compartimientos. En este experimento, se mide la masa de KCl en dos recipientes, en funcin del tiempo. A medida que la pastilla de KCl se disuelve en el primer vaso perfectamente mezclado, la solucin se transfiere continuamente al segundo vaso.

En este modelo se asume que la disolucin de la pastilla depende del rea superficial, la cual decrece exponencialmente con el tiempo. El rea superficial de cada pastilla est dada por:

En donde A0 es la superficie inicial y b es una constante de tiempo. La disolucin de la pastilla, tambin depende de la diferencia de concentraciones en la superficie de la pastilla y en el lquido perfectamente mezclado.. Por la tanto la velocidad de disolucin de la pastilla est dada por:

En donde Kc es el coeficiente de transferencia de masa, C0 es la concentracin de KCl en la superficie de la pastilla, y C1 es la concentracin de KCl en el recipiente perfectamente mezclado.

Un balance diferencial de masa en el primer vaso permite determinar la concentracin de KCl en el primer recipiente en funcin del tiempo.

Moles de KCl en el primer vaso = moles disueltos de KCl moles que abandonan el primer vaso.

Nota: Estudiar Balances de materiales en estado no estacionario Mtodo.Este experimento considera el uso de bombas para transferir las soluciones de un compartimiento a otro. Antes de proceder a la disolucin de la pastilla en el primer recipiente, el sistema debe estar funcionando en estado estacionario para flujos, agitacin y niveles en todos los estanques. Cuando se introduce el tubo de muestra o canastillo en el primer recipiente se inicializa el cronometro y se efectan mediciones de conductividad en los dos reactores. Se deber utilizar diferentes cantidades (masas) de tabletas por cada prueba.

Las constantes Kc y b se determinan del anlisis del balance diferencial ya mencionado, usando los datos experimentales de conductividades, tiempo, concentraciones y flujos.

_1212241441.unknown

_1212244076.unknown

_1212244296.unknown

_1212241894.unknown

_1212178085.unknown