Recomendaciones

Introducción

Una de las aplicaciones de la Ingeniería Química que resulta más importante a escala industrial es la transferencia de masa, puesto que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa.

Con frecuencia, el costo principal de un proceso deriva de las separaciones que se llevan a cabo a través de mecanismos de transferencia de masa. Los costos por separación o purificación dependen directamente de la relación entre la concentración inicial y final de las sustancias separadas; si esta relación es elevada, también lo serán los costos de producción.

Algunos de los ejemplos de la transferencia de masa en los procesos industriales son: la remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, etc.

En la industria farmacéutica también ocurren procesos de transferencia de masa tal como la disolución de un fármaco, la transferencia de nutrientes y medicamento a la sangre, etc.

Entonces, dada la importancia que tienen las operaciones de transferencia de masa en el mundo actual, en el presente trabajo se pretende estudiar el fenómeno de transferencia de masa en un sistema sólido–líquido en un tanque agitado a temperatura constante, para lo cual se va a utilizar un sistema compuesto por agua y ácido benzoico en forma de pastillas, en el cual debido a la agitación presente en el tanque, se va a originar una transferencia de masa desde la fase sólida hacia la fase líquida (disolución del ácido benzoico).

Posteriormente con los datos experimentales recolectados se desea determinar el área efectiva de transferencia de masa y así poder conocer el coeficiente de transferencia de masa ( ). Finalmente, se establecerá una relación entre la velocidad de agitación y el coeficiente de transferencia de masa.

Desarrollo

El desplazamiento de uno o varios de los componentes de una mezcla fluida respecto a la masa global de la misma debido a la acción de una fuerza impulsora (diferencia de concentraciones del componente que se desplaza) se conoce como transferencia de materia. Si ésta se produce entre fases, puede aprovecharse el fenómeno para obtener la separación de los componentes de una mezcla.

Las operaciones de separación por transferencia de materia tienen como objetivo la separación de los componentes de una mezcla originalmente homogénea, haciendo posible el paso de algunos de ellos a una segunda fase, con lo que aquélla se pone en contacto. Esta segunda fase a veces es necesario añadirla al sistema, sin proceder de la mezcla original: es el caso de la extracción.

La extracción es una operación de separación por transferencia de materia en la que se ponen en contacto dos fases inmiscibles con objeto de transferir uno o varios componentes de una fase a otra. Si la mezcla original está en fase sólida y se pretende separar de ella un componente (soluto) de otro (inerte) mediante su contacto con una fase líquida (disolvente) que lo disuelve selectivamente, se habla de una extracción sólido-líquido o lixiviación.

Para llevar a cabo la extracción será necesario, en primer lugar, poner en contacto íntimo las dos fases hasta conseguir la transferencia de soluto de la mezcla original al disolvente. Una vez finalizada esta etapa de transporte de materia, se procede a la separación de las fases, obteniéndose una mezcla de disolvente y soluto llamada “extracto” y una mezcla de la que se ha extraído el soluto, denominada “refinado”, que estará formada por la fase sólida inerte con una parte de la disolución retenida.

El análisis del proceso de extracción sólido-líquido generalmente se lleva a cabo sobre un diagrama triangular, al tratarse de un sistema ternario, que a una presión y a una temperatura determinada se representa mediante un triángulo rectángulo isósceles, tal como se indica en la figura.

En los vértices del triángulo se representan los componentes puros, reservándose el ángulo recto para el sólido inerte (I) y, en el sentido de las agujas del reloj, el disolvente líquido (C) y el soluto sólido (B). Los lados representan mezclas binarias de los componentes de los vértices correspondientes y los puntos interiores al triángulo representan mezclas ternarias. Cualquier punto del triángulo corresponde a una composición expresada en fracciones másicas (o molares): si se trata de una composición de la fase extracto se suele representar como (yB, yC), mientras que si es una composición de la fase refinado se representa como (xB, xC).

Obsérvese que al operar en concentraciones fraccionales, cualquier punto de la fase refinado ha de cumplir que:

mientras que para la fase extracto, al no haber inerte, se cumplirá que:

Si el soluto no es totalmente soluble en el disolvente, existirá una concentración de saturación a la temperatura del sistema, representada por un punto tal como el S sobre el diagrama triangular. Cualquier mezcla de inerte y disolución saturada

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