Trabajos de perfiles de concentración

Unidad III        Trabajos de perfiles de concentración                Semestre 2022 I

1.- En el sistema que se muestra en la figura se evidencia la evaporación en g/h de CCI3NO2 (cloropicrina) en aire a 25 °C, suponer que el aire es una "sustancia pura".[pic 1]

Los datos son los siguientes:

Presión total: 770 mm Hg

Difusividad (CCl3N02-aire): 0.088 cm2/s

Presión de vapor de la cloropicrina:         23.81 mm Hg

Distancia desde el nivel del líquido hasta la parte superior del tubo: 11.14 cm

Densidad de la cloropicrina CCl3N02 :        1.65 g/cm3

Área de la superficie de líquido expuesta a la evaporación:         2.29 cm2

• Utilizando la tabla de ecuación de continuidad, determina la ecuación diferencial que corresponde a la NA en la dirección o direcciones que corresponda.
• Evaluar el comportamiento físico del transporte de materia del caso en estudio, utilizando la ecuación global de NA (en la dirección o direcciones que corresponda) que es igual a la sumatoria de los los mecanismos de transporte de la densidad de flujo molar (NA) por: difusión y movimiento global o convección. Y definir el modelo matemático de NA que corresponde al presente caso.
• Reemplazar el modelo matemático definido de NA en la ecuación diferencial en la(s) dirección(es) correspondientes.
• Delimitar las condiciones límites o de contorno.
• Integrar y hallar las constantes de integración para definir el modelo matemático del perfil de concentración en términos de fracción molar.
• Determinar el modelo matemático de NA y hallar el valor numérico del flujo molar por unidad de superficie desde el punto inicial de recorrido, considerando que la fracción molar es equivalente a la razón de presión parcial a presión total.
• Hallar la cantidad de moles que se evaporan por unidad de tiempo (velocidad de evaporación o transferencia de materia) y la cantidad de gramos por unidad de tiempo que se evaporan. (Unidad de tiempo igual a 1 hora)

Respuesta: 0.0139 g/h

2.- El agua absorbe cloro existente en una mezcla gaseosa que ingresa por la base de una pequeña torre experimental, el agua desciende formando una película en la pared, tal como se indica en la Fig. El fluido absorbente es agua que se mueve con una velocidad media de 17.7 cm seg-1. [pic 2]

•        Utilizando la tabla de ecuación de continuidad, determina la ecuación diferencial que corresponde a la NA en la dirección o direcciones que corresponda.

•        Evaluar el comportamiento físico del transporte de materia del caso en estudio, utilizando la ecuación global de NA (en la dirección o direcciones que corresponda) que es igual a la sumatoria de los los mecanismos de transporte de la densidad de flujo molar (NA) por: difusión y movimiento global o convección. Y definir el modelo matemático de NA que corresponde al presente caso.

• Utilizando la tabla de ecuación de movimiento, hallar el perfil de velocidad

•        Reemplazar el modelo matemático definido de NA en la ecuación diferencial en la(s) dirección(es) correspondiente(s).

•  Delimitar las condiciones límites o de contorno.

• Calcular velocidad de absorción en g-mol hr-1, si la difusividad en la fase líquida del sistema cloro -agua = 1,26 x l0-5 cm2 seg-1 en la fase líquida y si la concentración de saturación de cloro en el agua es 0,823 g de cloro por 100 g de agua (éstos son valores experimentales a 16 °C). Las dimensiones de la columna se indican en la figura.

3.- Método para separar Helio a partir del gas natural (GN). El cristal Pyrex es casi impermeable para todos los gases excepto para el Helio. Por ejemplo, la difusividad del Helio a través del cristal Pyrex es aproximadamente 25 veces la difusividad del H2 a través del mismo cristal, donde el hidrógeno es el más cercano "competidor" en el proceso de difusión. Este hecho sugiere que un método para separar helio a partir del GN podría basarse en las velocidades de difusión relativas a través del cristal Pyrex.

[pic 3]

•        Utilizando la tabla de ecuación de continuidad, determina la ecuación diferencial que corresponde a la NA en la dirección o direcciones que corresponda.

•        Evaluar el comportamiento físico del transporte de materia del caso en estudio, utilizando la ecuación global de NA (en la dirección o direcciones que corresponda) que es igual a la sumatoria de los los mecanismos de transporte de la densidad de flujo molar (NA) por: difusión y movimiento global o convección. Y definir el modelo matemático de NA que corresponde al presente caso.

•        Reemplazar el modelo matemático definido de NA en la ecuación diferencial en la(s) dirección(es) correspondientes.

•        Delimitar las condiciones límites o de contorno.

•        Hallar el modelo matemático del perfil de concentración, previamente integrar y hallar las constantes de

integración.

•        Determinar el modelo matemático de NA.

• Determinar el modelo matemático de la velocidad de transferencia de materia
• Supóngase que una mezcla de gas natural está contenida en un tubo Pyrex cuyas dimensiones se muestran en la figura. Obtener una expresión para la velocidad a la que el Helio "se filtrará" por el tubo, en términos de la difusividad del helio a través del cristal Pyrex, las concentraciones interfaciales del helio en el Pyrex y las dimensiones del tubo.

[pic 4]

4.- Velocidad de lixiviación (figura). Al estudiar la velocidad de lixiviación de una sustancia A a partir de partículas sólidas mediante un solvente B, se puede postular que la etapa de velocidad controlante es la difusión de A desde la superficie de la partícula a través de una película líquida estancada de espesor δ hasta la corriente principal. [pic 5]

...