FUERZA MOTRIZ MEDIA PARA UN PROCESO DE TRANSFERENCIA DE MASA

INDICE:

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………….…………03

IMPORTANCIA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA…………………………………………….….04

FORMAS DE EXPRESAR LA COMPOSICIÓN DE LAS FASES……………………………………..09

TRANSFERENCIA DE MASA ENTRE LAS FASES………………………………………………………11

DIFUSIÓN MOLECULAR………………………………………………………………………………………14

FUERZA MOTRIZ MEDIA PARA UN PROCESO DE TRANSFERENCIA DE MASA………..23

EQUILIBRIO ENTRE LAS FASES……………………………………………………………….…………….25

BALANCE DE MASA DE LOS PROCESOS…………………………………………………….………….27

LEY DE FICK DE LA DIFUSIÓN…………………………………………………………………….…………30

IMNOVACIONES EN EL CAMPO DE LA TRANSFERENCIA DE MASA…………….…………33

ANEXOS……………………………………………………………………………………………….……………..39

CONCLUSION……………………………………………………………………………………………….……..44

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………….…………………45

INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo consta sobre la transferencia de masa que no es más que la disposición que tienen ciertos elementos de una mescla de transporte desde una zona donde la concentración es mayor a una de menor concentración se discutirán características de la misma como La transferencia dentro de la fase que puede originarse mediante difusión molecular o por medio de la convección y la difusión molecular simultáneamente, La composición de una fase depende de la concentración de los componentes que la integran. La concentración es masa por unidad de volumen y se puede expresar de distintas formas entre algunas que explicaremos tenemos la siguientes; Concentración molar volumétrica (C x o C y), Composición relativa molar ( X o Y ), Fracción en peso y Fracción molar (x o y), también entraremos en detalle sobre las condiciones físicas de las propiedades como la densidad y viscosidad y de las condiciones hidrodinámicas de la misma como si el flujo es laminar o turbulento estas características permiten que al igual que en las operaciones de transferencia de calor esta se pueda llevar a cabo de forma cruzada o en paralelo como en contra corriente, la importancia de este proceso recae en que el sector industrial e altamente utilizado para la producción de fertilizantes, la industria azucarera, la producción de ácidos sulfúrico y clorhídrico. También es muy usado dentro de la industria petrolera que es la principal fuente de ingresos para la economía del país y por ende el conocimiento de la misma nos induce a prepararnos de forma adecuada para en un futuro ingresar al campo laboral.

IMPORTANCIA DE LA TRANSFERENCIA DE MASA

La importancia de la transferencia de masa recaer dentro del el área químico industrial, puesto que se dificulta el lograr encontrar un proceso químico en que no se necesite de hacer algún tratamiento de purificación de la materia prima o de algun producto intermedio, o la separación del o los productos finales del proceso de sus subproductos. Estas operaciones normalmente están acompañadas de algunos procedimientos de transferencia de calor y del movimiento o flujo de fluidos. La transferencia de masa se encuentra normalmente en industrias como las de producciones de fertilizantes, la industria azucarera, la producción de ácidos sulfúrico y clorhídrico, en las refinerías petroleras, entre otras. Este tipo de operaciones se caracterizan por la transferencia, a escala molecular, de una sustancia a través de otra. Las leyes fundamentales que las rigen y los equipos principales serán discutidos posteriormente dentro del trabajo.

La transferencia de masa, es el proceso mediante el cual uno o más elementos de alguna mezcla se trasladan de una zona de alta concentración de los componentes a otra zona de menor concentración.

Un ejemplo de ello es cuando se arroja un cristal de sulfato cúprico en agua podemos observar como el cristal se disuelve, en los bordes del cristal el agua se tiñe de un color azul que se hace más intenso mientras más acerca se esté de dicha superficie. Si esperáramos más tiempo podremos observa como la coloración de las zonas más lejanas aumenta su intensidad de color, a medida que el cristal se disuelve gradualmente, hasta que toda el agua muestra un tono de azul uniforme. Como podemos ver con este ejemplo el cristal termina viajando de una zona de mayor concentración (el cristal) hasta una zona de menor concentración (el agua).

La diferencia de concentración: es la que compone la fuerza motriz (o directora) de transferencia de la masa.

El Equilibrio: la transferencia es limitada, que nos viene dada como el equilibrio que hay entre las fases, se logra alcanzar cuando ya no hay fuerza directriz y la transferencia neta cesa.

el equilibrio si lo vemos físicamente se logra de la manera siguiente: si por existe una concentración en fase gaseosa y la otra en forma de líquido y el componente se desea transferir esta al inicio solamente en la fase gaseosa, con una concentración y, mientras que la concentración en la fase líquida es x = 0, al estar en contacto ambas, veremos como las moléculas que se encuentran en estado gaseoso se empiezan a transformas a el estado líquido y su velocidad será igual a la concentración del compuesto en fase gaseosa. Sin embargo, con la presencia del compuesto en la fase líquida, ocurre también el paso de las moléculas en sentido inverso, el líquido pasa a ser gas, dependiendo de que tanto compuesto tengamos la fase líquida. Con la diferencia que mientras transcurre el tiempo la trasferencia de gas a liquido va en disminución mientras que la de líquido a gas va aumentar con el transcurso del tiempo.

Si se espera lo suficiente en algún momento se llegara a un momento en el cual ambas velocidades sean iguales y se llegue a un equilibrio dinámico ente fases y no existirá en ese instante el proceso ya no será visible (resultado neto es nulo). La diferencia de concentraciones entre las fases (x–y) no es la fuerza motriz, sino el alejamiento de las condiciones de concentraciones en equilibrio en cada fase y puede tomar diferentes valores según sean las formas de expresar las concentraciones. Con el equilibrio se alcanza cierta dependencia entre las concentraciones límites o equilibradas del componente a transferir entre las fases. Esto ocurre a una temperatura y presión dadas. y x

Este diagrama nos representa gráficamente la dependencia que existe, y la conocemos con el nombre de línea de equilibrio del proceso y según su proceso puede adoptar una forma recta o de curva. Ella expresa la dependencia que existe al equilibrio entre los componentes, en este caso, en la fase gaseosa con respecto a la concentración de la fase líquida, para una presión y una temperatura dadas.

las leyes para la distribución es equilibrada, expresa la dependencia entre ellas y es diferente para los distintos casos de transferencia de masa. Para esto Los datos de las variables de equilibrio se registran en tablas, gráficos o a través de ecuaciones que las relacionan, útiles para la determinación de los parámetros óptimos de los procesos. en proceso industrialmente es favorable tener una producción o resultado razonable, por lo cual el equilibrio se debe evitar, puesto que el flujo de la transferencia es proporcional a la fuerza directriz, la cual es mayor mientras más alejadas son las condiciones de operación de aquellas que se establecen cuando se alcanza el equilibrio. Esto se logra a través de acciones específicas para cada tipo de operación, las cuales se integran al proceso en cuestión. Las variables de control operacional son generalmente la temperatura, la presión y las concentraciones.

Los ejemplos donde se manifiesta la transferencia de masa más utilizados son: absorción, desorción, rectificación, secado, lixiviación, extracción y adsorción.

Absorción: el que está en fase gaseosa formando una mezcla con otros gases, se transforma a la fase líquida que es mucho más soluble. Se revela la transferencia de la fase gaseosa a la fase líquida. Cuando las concentraciones del componente a transferir son pequeñas en la solución inicial, el equilibrio se describe a través de la ley de Henry.

Ejemplo: absorción de CO2 de los gases de combustión utilizando como absorbente la metanol amina.

Desorción: El componente es despojado de una corriente líquida donde forma una mezcla y pasa a la fase gaseosa.

Ejemplo: la desorción del CO2 absorbido en la metanol amina con el objeto de regenerarla, o sea de restaurarle la propiedad absorción

Destilación o Rectificación: es la separación de mezclas líquidas homogéneas mediante el múltiple intercambio de componentes en las fases líquida y gaseosa. En esta los componentes más pesados de la fase gaseosa pasan a la fase líquida, mientras que los componentes ligeros de la fase líquida pasan a la fase gaseosa, para este caso existirá una doble transferencia de masa de las fases líquida y gaseosa. Para condiciones ideales se aplica

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