OCTAVO SEMESTRE

OPERACIONES UNITARIAS II

TALLER: Transferencia de masa interfacial

1) El soluto A se absorbe de una mezcla gaseosa de A y B en una torre de paredes mojadas por el lquido que fluye hacia abajo por la pared como pelcula. En un punto de la torre la concentracin general del gas es yAG = 0.380 fraccin mol y la concentracin general de lquido es xAL = 0.100. La torre opera a 298 K y 1.013 x 105 Pa y los datos de equilibrio son:

Mediante correlaciones para soluciones diluidas en torres de paredes mojadas, se predice que el coeficiente de pelcula de transferencia de masa para A en la fase gaseosa es kY = 1.465 x 10-3 kg mol A / s m2 fraccin mol y para la fase lquida es kX = 1.967 x 10-3 kg mol A/ s m2 fraccin mol.

Considere que:a) Existe una difusin equimolar de A y B en sentidos opuestos.b) El soluto A se difunde a travs de B en reposo en la fase gaseosa y despus, a travs de un lquido que no se difunde. Calcule los coeficientes globales de transferencia de masa KX y Ky, el flujo especfico y el porcentaje de resistencia en la pelcula gaseosa en ambos casos.

2) Use los mismos datos de equilibrio y coeficientes de pelcula ky y kx del problema anterior, y considere ambos casos (NA = -NB y NB = 0). Sin embargo, aplique las concentraciones yAG = 0.25 fraccin mol y xAL = 0.05. Obtenga lo siguiente:a) Concentraciones en la interfaz yAi y xAi y el flujo especfico NA.b) Coeficiente total de transferencia de masa KY y el flujo especfico NA.c) Coeficiente total de transferencia de masa KX y el flujo especfico NA.

3) En una torre se extrae cido clorhdrico difundido en aire mediante una solucin acuosa que tiene 0.250 [kmol de cido clorhdrico/kmol de solucin]. Esta concentracin se eleva despus del paso por la columna, mientras que la concentracin en el aire en el mismo tiempo desciende desde 0.25 hasta 0.15 [kmol de cido clorhdrico/kmol de gas] en el tope de la columna. La operacin se lleva de tal manera que se garantiza que las fuerzas impulsoras en el tope y en el fondo de la torre sean iguales.Experimentalmente se encontr:

EquilibrioXY

0.2380.0889

0.25930.0887

0.28570.0979

0.33330.1413

0.35480.1731

0.3710.2021

0.38650.2334

0.40480.2745

a) Determine el porcentaje de aumento en la concentracin de agua una vez abandone la columna.b) La pendiente de la lnea de operacin.c) Flujos de gas y lquido si se desean extraer 2000 kg de acido clorhdrico en 4 horas.d) Los flujos instantneos en el tope y en el fondo de la columna.e) Las composiciones en la interfase.

4) Una torre de paredes mojadas se alimenta con soda custica como lquido en la pared y una mezcla de CO2-AIRE como gas en la parte central. A cierto nivel de la torre las concentraciones son:215 ppm de CO2 en el aire y 61 ppm en el lquido. T=26.7C; P=1atm. Se conoce tambin que m=3.6111EquilibrioX(ppm)Y(ppm)

15185

25325

36390

45415

53444

68462

79534

88615

a) Hallar: b) Hallar el porcentaje de resistencia a la transferencia de masa en la fase gaseosa y la fase lquida.c) Para encontrar y

5) El dixido de carbono se difunde travs de nitrgeno en un solo sentido a la presin atmosfrica y 0C. La fraccin molar de CO2 en el punto A es 0.2; en el punto B, separado 3 m en la direccin de difusin, su fraccin molar es 0.02. La difusividad presente es Dv= 0.144 cm2/s. La fase gaseosa en su conjunto es estacionaria, es decir, el nitrgeno difunde con la misma velocidad que el dixido de carbono pero en sentido contrario. Calcular :

a- Cul es el flux molar de CO2 en [Kmol/ft2 h]?b- Cul es el flux neto de masa, en [Kg/ft2 h]?

6) Se absorbe etanol de una mezcla de alcohol-agua, ambos en fase de vapor, por medio de un disolvente no voltil en el que el alcohol es soluble y el agua no. La temperatura es de 97C y la presin total de 760 mm Hg. Se considera que el vapor de alcohol difunde a travs de una pelcula formada por una mezcla gaseosa de alcohol y agua de 0,1 mm de espesor. El porcentaje molar de alcohol en el vapor fuera de la pelcula es del 80% y en el interior, junto al disolvente es del 10%. La difusividad volumtrica de las mezclas alcohol-agua en fase vapor a 25 C es 0,15 cm2/s. Calcule la velocidad de difusin del vapor de alcohol en kg/h si el rea de la pelcula es de 10 m2.

7) Una columna de pared mojada que opera a la presin total de 518 mm Hg se alimenta con agua y aire, este ltimo a una velocidad de 120 g/min. La presin parcial del vapor de agua en la corriente de aire es de 76 mm Hg. La presin de vapor de la pelcula de agua lquida que fluye sobre la pared de la torre es 138 mm Hg. La velocidad observada para la evaporacin de agua en el aire es de 13.1 g/min. El mismo equipo, ahora a la presin total de 820 mm Hg, se alimenta con aire a la misma temperatura que antes y a una velocidad de 100 g/min. El lquido que se vaporiza es n-butanol. La presin parcial del alcohol es 30,5 mm Hg y la presin de vapor del alcohol lquido es de 54,5 mm Hg. Qu velocidad de evaporacin, en gramos por minuto, cabe esperar en el experimento con n-butanol?

Tenga en cuenta que:

Sc para el alcohol = 0.6 para el alcohol = 0.853 ft2/hSc para el agua = 1.88 para el agua = 0.273 ft2/h

y para el agua y alcohol son constantes.

[Ejercicio 17.5, Libro MCabe Smith]

8) En cierto aparato utilizado para la absorcin de SO2 de aire mediante agua y en cierto punto del mismo, el gas contiene 10% SO2 en volumen y est en contacto con un lquido que contiene 0.4% SO2 (densidad=990 kg/m3). La T=50 C y P = 1 atm. El coeficiente global de transferencia de masa basado en las concentraciones del gas es KG= 7.36 kmol/m2 s. De la resistencia total a la difusin, el 47% est en la fase gaseosa y el 53% en la lquida. Los datos de equilibrio a 50 C son:

kg SO2/ 100 kg agua0.20.30.50.7

Presin parcial SO2 , mm Hg294683119

a- Calcule el coeficiente global basado en las concentraciones del lquido en funcin de moles/volumen. b- Calcule el coeficiente individual de transferencia de masa para el gas, expresado en KG [mol/tiempo (rea) (presin)] y ky [mol/tiempo (rea) (fraccin mol)].c- Calcule el coeficiente individual de transferencia de masa para el lquido, expresado en KL [mol/tiempo (rea)] y kx [mol/tiempo (rea) (fraccin mol)].d- Determine las composiciones interfaciales en las dos fases.