LA AGITACIÓN Y MEZCLA DE LIQUIDOS

                                               AGITACIÓN Y MEZCLA DE LIQUIDOS

Introducción:

Muy necesaria en el Laboratorio y esto da una idea de lo que debe significar su empleo en la industria. Poco dominada por los innumerables factores y casos particulares que se presentan.

Definición:

Operación por la cual creamos movimientos violentos e irregulares en el seno de un fluido (o que se compute como tal). Con estos movimientos situamos las partículas de una o más fases de manera que se obtenga el fin pretendido con mínimo tiempo y mínimo aporte energético.

Si la sustancia es única se trata de agitación propiamente dicha, si son dos especies o sustancias se trata de una mezcla. Si la operación se practica sobre sistemas pastosos (masa de pan, hormigón, masa plástica) la operación se denomina amasado (mezcla de sólidos, que veremos en el tema N°10).

El objeto o fin pretendido con la agitación  puede ser:    

1. Producir y mantener una distribución uniforme de las materias sometidas a tratamiento o aumentar la velocidad.
2. Producir o mantener una distribución uniforme del calor, con rápida eliminación para evitar recalentamientos locales.
3. Aumentar la superficie específica activa, es decir caras de contacto o sea superficie de interacción en la unidad de tiempo.

En absorción gaseosa, en reacciones heterogéneas, extracción de líquidos, el fin afecta a los tres apartados.

Importancia química de la agitación    

Aunque es una operación mecánica; Prescindiendo de consideraciones cinéticas, del grado de mezcla dependen las propiedades mecánicas y físicas de todo producto heterogéneo (hormigón, baquelitas cargadas, etc.)

Depende del grado de agitación, la composición de las partes alícuotas que de ese producto se puede tomar para analizarlo.

Sulfonación de benceno  

Hay tendencia a separación de Benceno y sulfúrico. Hace falta homogenizar para que reaccionen. Aun con reacciones en fase homogénea o en estado de muy elevada dispersión (sulfonación del naftaleno con ácido sulfúrico o benceno con oleum) sigue siendo fundamentalmente la agitación para evitar desigualdades de concentración o de temperatura del agente sulfonador, que dan lugar a que aparezcan productos no deseados en la reacción (por ejemplo: ácidos polisulfónicos, sulfonas y residuos carbonosos) con la consiguiente dificultad de separación del producto principal de sus rendimientos y menos posibilidad de reutilización del agente sulfonador.

Morton:  

        [pic 1][pic 2]

En el orden cinético (trabajos de Reid y  Huber)

Se pueden dar 3 tipos de reacciones (sistemas químicos heterogéneos).

Tipo I: Aquellas en que al aumentar el grado de agitación (rpm), aumenta, en forma poco más o menos que lineal, la velocidad de reacción (dx/dθ). Ej: La etilación del benceno con etileno en presencia de cloruro de aluminio.

[pic 3][pic 4]

Mayor entorpecimiento se debe al proceso de difusión

Tipo II: Aquellas en que la agitación tiene influencia progresiva favorable, pero solo hasta llegar a un cierto grado de agitación, a partir del cual la reacción se hace insensible a la agitación, justamente en ese momento la reacción comienza a ser sensible a la temperatura, cosa que hasta entonces no ocurría.  

        [pic 5][pic 6]

Tipo III: Las contrarias al tipo I, o sea cuya velocidad de reacción no resulta afectada por la agitación y sí por la temperatura.

[pic 7][pic 8]

La explicación de este comportamiento es consecuencia de que al realizarse estas reacciones heterogéneas, se operen dos procesos distintos: 

• DIFUSIÓN de las moléculas a través de las películas estáticas que rodean a cada fase  y
• REACCIÓN propiamente dicha siguiendo  la difusión

La velocidad de difusión viene dada por la ley de Fick:

[pic 9]

De donde: [pic 10]

[pic 11]   es la velocidad de difusión o sea la cantidad de sustancia transportada (difundida) en un cierto tiempo;

D        es el coeficiente de difusión;

A      es la superficie de contacto entre ambas fases  

[pic 12]  es el gradiente de concentración de la sustancia que se difunden a través del espesor L de las películas estáticas

Ocurre que el coeficiente D es independiente de la temperatura. Luego la velocidad de difusión no se modifica al aumentar la temperatura: En cambio al agitar este sistema disminuye el espesor de las capas estáticas L con lo que aumenta el gradiente dc/dL (al disminuir L) con el consiguiente aumento de la velocidad de difusión que equivale a un aporte más intenso de las moléculas reaccionantes de una a otra fase. Contrariamente en el proceso de reacción propiamente dicho (el que podrá experimentar toda molécula después de difundirse, la agitación apenas tiene influencia pues el movimiento cinético- molecular da suficiente posibilidades para que se produzca la reacción entre las relativamente pocas moléculas que se difunden y el exceso de las otra especie; en cambio la temperatura tiene mucha influencia porque aumenta grandemente los  choques activos.

Por lo tanto las reacciones del tipo I: son aquellas en las que el mayor entorpecimiento para su evolución se debe al proceso de difusión que deja pasar menos moléculas de las que pueden reaccionar. Por esto al aumentar la temperatura no se consigue nada ya que esta no tiene influencia sobre la velocidad de difusión y en la reacción no actúa porque no hay suficientes moléculas para reaccionar. Aquí actúa la agitación aumentando el proceso de difusión.

Las del tipo III : son aquellas en donde la velocidad de difusión es mucho mayor que la de reacción propiamente dicha. Aquí actúa la temperatura.

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