Tema 2: Transferencia de materia por difusin: problemas Curso 2008/2009

Procesos de Separacin en Ingeniera Ambiental

Tema 2

Transferencia de materia por difusin: Problemas

1. El amoniaco se absorbe en agua desde una mezcla con aire en una columna que opera a 1 atm y 20C. En un punto de la columna la presin parcial del amoniaco es de 50 mm Hg, mientras que la presin en la interfase es despreciable. La resistencia a la transferencia de materia se puede admitir que corresponde ntegramente a una pelcula estacionaria de gas de 1 mm de espesor. Determinar: a) la velocidad de transferencia por unidad de rea en dicho punto de la columna, si el coeficiente de difusin del NH3 en aire es 0,236 cm2/s. b) Estudiar cmo varan la fraccin molar del amoniaco y las densidades de flujo por transporte msico y molecular en la pelcula estacionaria.

2. Un gran tanque, que contiene una mezcla de CO2 y N2 a 1 atm y 0C, se conecta, por medio de un tubo de 5 cm de dimetro interno y 15 cm de longitud, con otro tanque a la misma presin y temperatura, pero con diferente composicin. El coeficiente de difusin del CO2 en N2 es 0,144 cm2/s. Determinar: a) los caudales de difusin, en rgimen estacionario, de ambos gases a travs del tubo de conexin si la concentracin de CO2 se mantiene continuamente en un 90% en moles en un tanque y en un 5% en el otro. b) la variacin de la fraccin molar de CO2 a lo largo del tubo.

3. Se absorbe amoniaco, que se encuentra formando una mezcla con aire, en agua, utilizando una columna que opera a 295 K y 101,3 kN/m2. Puede considerarse que la resistencia a la transferencia reside totalmente en la fase gaseosa. En un punto de la columna la presin parcial del amoniaco es 7,0 kN/m2. Se supone que la presin parcial del amoniaco en la interfase acuosa es despreciable y puede considerarse que la resistencia a la transferencia reside nicamente en una pelcula estacionaria de gas de 1 mm de espesor. Si la difusividad del amoniaco en aire es 0,236 cm2/s, cul es la velocidad de transferencia por unidad de rea en dicho punto de la columna? Si el gas se comprimiese hasta una presin doble, cmo variara la velocidad de transferencia por unidad de superficie?

4. Sabiendo que la difusin del soluto A a travs de una capa de gas hacia un lquido absorbente se da con yA1 = 0,20 e yA2 = 0,10, calclese la velocidad de transferencia para una sola direccin, comparada con la correspondiente a la difusin equimolar. Cul es el valor de yA en la distancia intermedia a travs de la capa, para la difusin en una sola direccin?

5. En un sistema binario (A + B) se desean ensayar diferentes procedimientos para aumentar la proporcin de B en la mezcla mediante la separacin o transformacin de parte del componente A. Comparar los flujos molares unidireccionales NA para las tres alternativas a ensayar: destilacin, absorcin de A en un disolvente no voltil y transformacin de A en B mediante una reaccin 3A B catalizada por un slido. Considerar que el espesor de la subcapa laminar, h, la difusividad, DAB, y la concentracin total no varan de uno a otro procedimiento y que las fracciones molares de A en la interfase, yA2 = 0,03 y en el lmite de la subcapa yA1 = 0,2 tampoco lo hacen.

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Procesos de Separacin en Ingeniera Ambiental

6. El coeficiente de difusin de un vapor formado a partir de lquido voltil se puede determinar convenientemente por el mtodo de Winkelmann. Suponiendo que el vapor se transfiere desde la superficie del lquido hacia el aire por difusin molecular, calclese la difusividad del vapor de Cl4C en aire a 48C y presin atmosfrica a partir de los siguientes datos obtenidos experimentalmente.

t, min 0 26 185 456 1336 1958 2810 3325 4822 6385 h, cm 10 10,25 11,29 12,32 14,39 15,47 16,70 17,38 19,03 20,48

Datos: Po(CCl4, 48C)=37,6 kN/m2; (lq)=1,54 g/cm3

7. Agua pura a 50 C se evapora y difunde a travs de una capa estacionaria de aire de espesor medio 10 cm hasta una corriente continua en la que su composicin permanece constante y tan pequea que puede suponerse nula. Si la probeta de experimentacin tiene un dimetro de 2 cm y en un tiempo de 10 das y 5 horas el nivel baja 2 cm, cul es el coeficiente de difusin del vapor de agua a esa temperatura, si la operacin se realiza a presin atmosfrica? Datos: presin de vapor del agua a 50 C: 92,51 mm Hg; densidad del agua: 1000 kg/m3