Fundamentos De Transferencia De Masa Flashcards
Operaciones unitarias
Etapa básica dentro de un proceso.
Implica un cambio físico o químico
Ej. Evaporación, filtración, separación, destilación, secado.
Tratamiento de leche= pasteurización + envasado aséptico
Fenómenos de transporte
Estudio de intercambio de transferencia de materia energía y movimiento (impulso) derivado de un movimiento aleatorio continuo de moléculas.
Principalmente observado en fluidos
Operaciones basadas en transferencia de masa
La materia se transfiere por medio:
Difusión –> movimiento molecular en fluidos o sólidos
Por gradiente de [] entre compartimentos
Convención –> movimiento del fluido en conjunto
Por gradiente de presiones
Difusión + convención = diálisis
Difusión
Tranferencia de moléculas individuales a través de un fluido por medio de los desplazamientos individuales y desordenados de las moléculas a un diferencia de [ ]
En fluidos estancados o en movimiento
Las moléculas se mueven en línea recta pero al chocar con otras cambian dirección
Operaciones unitarias por difusión
Operaciones clásicas
Extracción de sólidos, absorción y adsorción
Humidificación, secado, destilación y rectificación
Operaciones menos convencionales
Uso de membranas
Diálisis, electrodiálisis, osmosis
Absorción
Operación unitaria
Separación de uno o más componentes de una mezcla gaseosa con ayuda de un solvente líquido.
Un soluto o varios se absorben de fase gaseosa y pasan a líquida
Operación inversa –> desorción
Adsorción
Las moléculas se quedan pegadas en la superficie
Acumulación de materia (adsorbato) en una superficie sólida normalmente (adsorbente)
Tipos de adsorción
Física –> la especie adsorbida conserva su naturaleza
*El gas se adsorbe formando capas sucesivas
Química –>la especie adsorbida sufre transformación para dar lugar a especie distinta. Forman enlaces iónicos o covalentes.
* se restringe a una monocapa
* energía es mayor
Fenómenos de transporte involucrados
- Transferencia de movimiento: flujo de fluidos, mezclado, sedimentación y filtración
- Transferencia de calor: transferencia conductiva y convectiva evaporación, destilación y secado
3.Transferencia de masa: destilación, absorción, secado, extracción liquido-liquido, adsorción y procesos de membrana
Ecuación general de transporte molecular
Velocidad de un proceso de transferencia = fuerza impulsora / resistencia
V inversamente proporcional a la r
Resistencia = viscosidad
- viscosidad = + °t
Importancia de la transferencia de masa
En procesos químicos:
*Purificación de materias primas
*Separación final de productos y subproductos
Operaciones industriales:
*Determinar la eficiencia del proceso (velocidad de transferencia de masa )
Ejemplos de procesos de transferencia de masa
- Agua en recipiente abierto, se evapora al ambiente
- Reacción catalítica, los reactivos van del medio a la superficie catalítica
- Procesamiento de uranio, un disolvente orgánico extrae una sal de uranio en sn.
- Destilación: Separar alcohol de agua
- Absorción: Extracción de SO2 de gases producidos en combustión
- La difusión de sustancias al interior de los poros del carbón activado
Clasificación de transferencia de masa
Molecular y Convección
Transferencia molecular de masa
Difusión
La masa se transfiere por medio del movimiento molecular del fluido
Movimiento individual de moléculas
Debido a gradientes de []
Transferencia de masa por Convección
Debido al movimiento global del fluido
Puede ser régimen laminar o turbulento
Puede ser por:
@Convección forzada - movimiento de fluido por fuerza externa
@Convección libre o natural - como consecuencia de cambios en la densidad originados por diferentes [ ]
Representación de [ ]
Base másica - en términos de densidad o [masa], la cuál es masa por unidad de volumen
De forma adimensional:
Fracción de masa (w)
Base molar- cantidad de materia en kmol, por unidad de volumen
De forma adimensional: fracción molar
Ley de fick de difusión
1855 por Adolf Fick
El movimiento difuso o penetración del soluto en el disolvente es totalmente análogo a la penetración del calor en la conducción térmica.
Para difusión se puede utilizar las mismas ecuaciones que empleaba Fourier para la conductividad térmica
Difusión estado estacionario
Considerando una mezcla en un medio en reposo de las moléculas A y B
El # de moléculas de A en un volumen dado en una región, es mayor que en otra región vecina.
La migración de moléculas de A a través de B, de la zona de mayor [ ] a menor []
Hay otras fuerzas además de la ≠ de [] tales como T°,P,potencial eléctrico, etc.
Estado estacionario
Al inicio está en reposo y después de cierto tiempo la [ ] es constante
Perfil de concentración
Al representar la concentración C frente a la
posición o distancia z.
* La pendiente (-) en un punto determinado es el gradiente de concentración.
Coeficiente de difusión o difusividad DAB
*Constante de proporcionalidad entre el flujo de masa y el gradiente de [ ]
*Indica la facilidad con la que el componente A se transfiere en mezcla.
Difusión en estado no estacionario
Segunda ley de fick
Se lleva a cabo cuando la [ ] del soluto en cualquier punto del material cambiará con el tiempo.
Supongamos el caso de que una especie química A se difunde en otra especie
química B.
A medida que el tiempo progresa, la
concentración del soluto en cualquier
punto en la dirección z cambiará, en los tiempos t1 y t2.
Variación de difusión
*La Difusividad DAB de un sistema binario (con especie química A y B) puede verse afectada por la temperatura, presión y composición de A y B, ya que se estudia el movimiento de A a través de B.
*La Viscosidad (transferencia de cantidad de movimiento) y conductividad térmica, éstas pueden verse afectadas por T° y P. No por la composición.
Ecuación de balance de materia para una mezcla binaria
Se aplica para una sustancia A en un
elemento de volumen Δx, Δ𝑦, Δ𝑧 fijo en el espacio, a través del cual fluye una mezcla binaria de A y B.
Difusión molecular en sólidos
La transferencia de masa en los sólidos la velocidad es menor
Difusión de sólidos que sigue la ley de fick
Fluido o solito que se difunde , se disuelve en el sólido para formar una solución más o menos homogénea
Difusión en sólidos porosos en los que afecta la estructura
Trayectoria que va a variar no línea recta
Sinuosidad
Difusión de gases en sólidos porosos
Constante de gases y temperatura
Contradifusión equimolar en gases
*Siempre se mueven el mismo número de moles JA = -JB
*El coeficiente de difusividad es igual en ambos casos DAB=DBA
*PA1>PA2
PB2>PB1
Presiones parciales inversamente proporcional
