Equipos de Transferencia de MasaProfesor:Ulises palma Gonzales

Materia:Transferencia de masa

Carrera:ING. QUIMICA PETROLERA

Semestre: 5to Grupo: A

Turno:Matutino

Integrantes:Romn Alvarado Cruz DaminAlexa Fabiola Izquierdo Osorio.Luis Manrique Izquierdo Lpez.Cindy Viviana Valenzuela de la Cruz.

H. CARDENAS TAB, 23 OCTUBRE 2015

Introduccin.

La aplicacin de las ecuaciones de transferencia de masa y la metodologa se incluyen al diseo de los equipos de transferencia de masa. Los procedimientos no estn estrictamente vinculados a la creacin de un nuevo equipo sino al anlisis dl equipo existente para mejorar su rendimiento.La definicin y mtodo de anlisis son similares a la transferencia de calor; se han desarrollado: una fuerza motriz total y un coeficiente total de transferencia, expresada en funcin de coeficiente convectivos individuales, para explicar el mecanismo de transferencia.Muchas clases de operaciones de transferencia de masa se relacionan con el problema del cambio de cambio de composicin de las soluciones y mezclas, usando transferencia de masa interface.Las operaciones de transferencias de masa se realizan; usualmente, en torres diseadas para proporcionar un contacto ntimo en las dos fases.Ese equipo se puede clasificar en cuatro tipos generales, de acuerdo al mtodo utilizado para producir el contacto interface siempre.Existen, o son posibles, muchas variedades y combinaciones de estos tipos, este estudio se restringir a las principales clasificaciones.Siempre que las aplicaciones de la transferencia de materia implican equipos de dimensin especfica, las ecuaciones de flujos solas no resultan suficiente para obtener resultados. Debe emplearse tambin las ecuaciones de continuidad o balance de materia. Cuando la geometra es sencilla, los balances macroscpicos resultan suficiente.La mayora de las situaciones que implican la transferencia de masa requieren balances de materia, pero el rea adecuada resulta ambigua. Son ejemplos las columnas de relleno para absorcin, destilacin o absorcin. En tales casos es comn partir de las ecuaciones diferenciales ms generales de los balances de materia.

Torre de atomizador.

Consiste en cmaras grandes abiertas a travs de las cuales fluye la fase gaseosa y dentro de las cuales se introduce el lquido por el medio de boquillas u otros medios de atomizacin.

Se introduce el lquido en forma de atomizacin, cayendo a causa de la gravedad, cuyo sentido es opuesto al de la corriente de gas ascendente. La boquilla de atomizacin est diseada para subdividir al lquido, las gotas ms pequeas proveen una mayor rea de contacto interface a travs de la cual se transfiere masa. Se tiene gran cuidado para evitar la produccin de una atomizacin tan fina que se vea arrastrada por la corriente emergente de gas. La resistencia a la transferencia en la fase gaseosa, se reduce por el movimiento resolvente de las gotitas de fluido descendente. Las torres de atomizacin se utilizan en la transferencia de masa de los gases altamente solubles en los cuales la resistencia de la fase gaseosa usualmente controla la rapidez de transferencia de masa.

Torre de burbuja.

En la cual el gas se dispersa en la fase liquida en forma de pequesimas burbujas. Las burbujitas proporcionan el rea grande interface de contacto, que se necesita.La transferencia tiene lugar, tanto durante la formacin de burbujas como durante el ascenso del mismo travs del lquido. Las burbujas en movimiento reducen la resistencia de la fase liquida. Las torres de burbujas utilizan con sistemas en los que la fase liquida controla la rapidez de transferencia de masa.

El mecanismo bsico de transferencia de masa de torres de burbuja tambin se encuentra en los tanques o estanques de lote de burbuja, donde el agua se dispersa en el fondo de los tanques. Este equipo se utiliza usualmente en la aeracin de las aguas negras.

Torre de empacadora contracorriente.

Forman el tercer tipo general de equipo de transferencia de masa que consta de un contacto continua entre la corriente de dos fases no miscibles. Dichas torres de columnas verticales se le han llenado. Se utiliza una gran variedad de materiales de relleno, cermica, especialmente diseadas para este propsito, hasta pedazos de roca. El lquido se distribuye sobre el relleno y desciende por la superficie de esta forma de pelcula delgada o corrientes subdivididas.

El gas generalmente fluye hasta arriba, en sentido opuesto al equipo al equipo descendente. Ambas fases se encuentran bien agitadas. Esta clase de equipo se puede utilizar en sistemas gas-liquido, en los cuales cualquiera de las resistencias de las fases ejerce el control o en las ambas resistencias son importantes.Existen tipos especiales de torres de empacadas para enfriar agua y poder volver hacerla circular utilizndola como medio para la transferencia de calor.

Torre de placas.

Se utilizan regularmente en la industria y representan los mecanismos combinados de transferencia que se observan en las torres de atomizacin y de burbujas. En cada una de las placas se forman burbujas de gas en la parte inferior de un estanque lquido, obligando al gas al pasar por pequeos orificios perforados en la placa o bajo tapas perforadas sumergidas en el lquido. La transferencia de masa interface ocurre durante la formacin de burbuja as como cuando la burbuja asciende a travs del estanque de lquido agitado.

La transferencia adicional de masa tiene lugar por encima del estanque del lquido a causa del atomizador.El vapor asciende a travs de cada una de las placas. El contacto de ambas fases se realiza por pasos.Estas torres no pueden disearse utilizando ecuaciones obtenidas integrando sobre un rea continua de contacto interface. En vez de esto, se las disea mediante clculos por pasos, que se desarrollan y utilizan en los cursos de diseo de operacin paso a paso. No se estudiara el diseo de torres de placas en este libro, el estudio se limitara a equipos de contacto continuo.

Tanques de oxigenacin.

Es un recipiente de almacenaje de oxgeno, tanto bajo presin en cilindro de gas o como oxigeno liquido en tanques de almacenaje criognicos. Como el oxgeno lquido apresin atmosfricaseevaporaa los -183C, un cilindro de oxgeno lquido debe almacenar el oxgeno bajo esa temperatura y debe ser un buenaislante trmico. de incendio.

El oxgeno rara vez se mantiene a presiones superiores a los 200baro 3000psi, ya que los riesgos deincendiopor alta temperatura causados por algnproceso adiabticoaumentan cuando cambia la presin del gas al moverse ste de un recipiente a otro. Todo equipamiento que entre en contacto con oxgeno a altas presiones debe ser "para oxgeno limpio" y "compatible con oxgeno" para reducir las posibilidades

Tanque de volumen constante.

El sistema de presin constante con tanque compensador resulta a la combinacin de un sistema hidroneumtico y un sistema de bombeo de velocidad fija contra la red cerrada de tres o ms bombas funcionando en paralelo.

En tanto en hidroneumticos tradicionales como en sistemas combinados no tradicionales se estila la instalacin del tanque como un pulmn compensador para a red.

Tanque de aeracin

La aireacin puede ser utilizada en actividades como la acuicultura, remocin de sustancias voltiles de una corriente lquida, tratamiento de aguas residuales entre otras. El uso de la aireacin en el tratamiento de aguas residuales es bastante comn, este puede ser utilizado en sistemas de lodos activados, tanque de homogenizacin, lagunas aireadas.De manera muy general podemos clasificar los sistemas de aireacin de acuerdo a la forma en la que incorporan el aire en la fase lquida, es decir en como promueven el contacto de las fases aire-lquido para generar la fuerza motriz de la difusin del oxgeno hacia el lquido, pueden ser de tres tipos: Mecnicos Difusin Hbridos

Los sistemas mecnicos, utilizan el aire como la fase continua, el agua como la fase discontinua, los sistemas de aireacin mecnicos, dispersan el agua (fase discontinua), en el aire (fase continua), la capacidad de transferencia en este caso est en funcin del tamao de las gotas del lquido disperso, del tiempo de residencia (altura) y la capacidad de bombeo (masa de lquido dispersa por unidad de tiempo).Los sistemas mecnicos se pueden sub-clasificar en Sistemas de aireacin mecnica de baja velocidad. Sistemas de aireacin mecnica de alta velocidad.Lossistemas de baja velocidado tambinllamados de flujo radialestn compuestos por un elemento rotativo que se asemeja a un agitador, debido a que trabaja a baja velocidad (20-100 rpm) pero muy alta torsin es grande y robusto, su geometra es variada, su forma lo hace poco hidrodinmico teniendo alta resistencia a la rotacin dentro del agua, pero el vencimiento de esta resistencia es la que genera la dispersin y la mezcla.El hecho de tener pares de torsin altos por la resistencia del rotor exige la colocacin de cajas de reduccin para los motores, para mantenerlos en un mbito normal de revoluciones, as como sistemas fijos de anclaje, ya sea ajustado a las paredes del tanque o puentes anclados. Su mantenimiento e instalacin es ms costosa debido a que tiene ms partes mviles que los de alta velocidad y adems esta sometidos a esfuerzos y vibraciones mayores, lo que causa mayor frecuencia de fallas en rodamientos y engranajes.Entre sus bondades esta le buena mezcla, la alta capacidad de bombeo, su extendido radio de mezcla y suspensin de slidos, lo que lo hace apto para lagunas aireadas con slidos totalmente suspendidos y lodos activados.

Equipo de contacto continuo.Las bases que constituyen el diseo de equipo de contacto son los siguientes:1. Balance de materia y entalpia incluyendo las ecuaciones de conservacin de la masa u energa.2. Equilibrio de interface,3. Ecuacin de transferencia de masa.4. Ecuaciones de transferencia de momento.

Los balances de materia y de entalpia son importantes ya que establecen ecuaciones que sirven para calcular las composiciones globales de las dos fases en contacto en cualquier plano de la torre. Las ecuaciones de transferencia de masa se deducir en forma difencial en combinacin con un balance diferencial de la masa y despus se las integrara sobre el rea de contacto interfasial para que exista la longitud de contacto suficiente, requerida por el cambiador de masa.

Flujo contracorriente.En cualquier operacin de transferencia de masa en estado permanente en la cual exista un contacto contracorriente de dos fases no solubles.En el fondo de la torre de transferencia de masa, la rapidez de flujo y la concentracin se define G1 es el numero totales de la fase G que entra a la torre cada hora, por seccin transversal de la torre.

L1 es el total de moles de la fase L que abandonan la torre por rea de seccin transversal de la torre.YA1 es la fraccin molar de la componente A en G, expresada en moles de A por el nmero total de moles de la fase G.XA1 es la fraccin molar de la componente A en L expresada en moels de A por el nmero total de moles de la fase L.

Flujo concurrente.

En las operaciones de transferencia de masa en estado permanente, que incluye el contacto concurrente de dos fases no solubles, el balance total correspondiente a la componente A.

El balance de masa sobre la componente A alrededor de los planos Z y uno arbitrario, Z.

Balances de entalpia correspondientes a las torres de contacto continuo.Muchas operaciones de transferencia de masa son isotrmicas. Esto ocurre especialmente cuando se manejan mezclas diluidas. Sin embargo cuando se transfieren grandes cantidades de soluto, el calor de mezclado puede producir una elevacin de temperatura en la fase receptora. Si la temperatura de la fase varia la solubilidad del soluto en equilibrio de alterara y a su vez, se alteraran las fuerzas impulsoras o motrices de la difusin.

Coeficientes de capacidad de transferencia de masa.

El coeficiente individual de transferencia de masa , se define mediante la expresin:

Y el coeficiente total de transferencia de masa se defini por medio de una ecuacin semejante en funcin de la fuerza impulsora en unidades de presin parcial,

En ambas expresiones se expres la transferencia de masa interface, en moles transferidos de A por unidad de tiempo por unidad de rea por unidad de fuerza impulsora en funcin de la presin. La transferencia de masa en una altura diferencial, por unidad de seccin transversal de rea del cambiador de masa es:

o en funcin de los coeficientes de transferencia de masa,

Y

Tanto como el factor a como los coeficientes de transferencia de masa dependen de la geometra del equipo de transferencia de masa y de la rapidez de flujo de las dos corrientes no miscibles en contacto, se encuentran combinadas en forma de producto.Las unidades del coeficiente de capacidad en la fase gaseosa son:

Las unidades ms usuales son g mol de A/s.m3 Pa o bien lb mol/(h) (pie3)(atm).

Equipo para el estudio del coeficiente de difusin y transferencia de masa gaseosa.

Equipo de contacto continuo

Los moles de la componente A en difusin transferida por unidad de tiempo, por seccin transversal de rea se definieron utilizando dos conceptos completamente distintos, el balance de material y las ecuaciones de transferencia de masa. Cuando el equipo ocurre un contacto continuo entre las dos fases no miscibles, ambas ecuaciones pueden combinarse y la expresin resultante se puede integrar, obtenindose una relacin para definir la altura desconocida del cambiador de masa.

Coeficiente de capacidad total constante

Pinsese en un cambiador de masa isotrmico, contracorriente, que se utiliza para lograr una separacin en un sistema cuyo coeficiente total, constante de transferencia de masa es K ya en toda la gama de valores relacionada con las operaciones de transferencia de masa. El balance de la masa, correspondiente a la componente A en la longitud diferencial dz, se describe por medio de la relacin.

Los cambiadores de masa de contacto continuo se disean integrando una ecuacin que relaciona las ecuaciones de balance de masa y transferencia de masa en un rea diferencial de contacto inter facial.

Un balance de masa correspondiente a la componente en difusin. A, en funcin de las unidades de concentracin libre de soluto, produjo las siguientes ecuaciones de lnea de operacin, que son muy importantes:

Operaciones contracorriente en estado permanente.

Operaciones concurrentes en estado permanente

Debido a la dificultad que existe para medir el rea de contacto interface dentro del equipo de transferencia de masa se introdujo el factor a, que es el rea superficial interface por unidad de volumen del cambiador. El producto del coeficiente de transferencia convectiva de masa y el factor a se denomin coeficiente de capacidad de transferencia de masa. La masa transferida en una longitud diferencial por seccin transversal del rea se expres por medio de ecuaciones empricas, una de las cuales fue la siguiente:

Para equipo en el que hay un contacto continuo entre dos fases no miscibles, se combinaron el balance de la masa diferencial y la transferencia de masa diferencial, para producir las siguientes ecuaciones de diseo: Coeficiente de capacidad total constante Ky a

La integral debe resolverse grficamente.

Tolerancia para la resistencia del coeficiente total de capacidad variable en las fases gaseosa y liquida. Esta integral tambin se resuelve grficamente

Lneas rectas de equilibrio y operacin en coordenadas xy, fierra motriz logartmica media

Se hizo an ms nfasis en la semejanza entre la transferencia de masa y la de energa, en este captulo. Se obtuvieron las ecuaciones de diseo de los cambiadores de masa, usando un trmino combinado que representa la resistencia total KGa, comparada con UA y la resistencia total (PA ,G - pA *), comparada con AT,, tal, integrando sobre el rea de contacto.

ConclusinLos cambiadores de masa de contacto continuo se disean integrando una ecuacin que relaciona las ecuaciones de balance de masa y transferencia de masa en un rea diferencial de contacto interfacial. En este captulo se han descrito los cuatro tipos principales de equipos de transferencia de masa. Se encontraron las ecuaciones fundamentales para el diseo de equipo de contacto continuo. Un balance de masa correspondiente a la componente en difusin, A, en funcin de las unidades de concentracin libre de soluto, produjo las siguientes ecuaciones de lnea de operacin, que son muy importantes:Operaciones contracorriente en estado permanente:

Operaciones concurrentes en estado permanente:

Debido a la dificultad que existe para medir el rea de contacto interface dentro del equipo de transferencia de masa se introdujo el factor a, que es el rea superficial interface por unidad de volumen del cambiador. El producto del coeficiente de transferencia convectiva de masa y el factor a se denomin coeficiente de capacidad de transferencia de masa. La masa transferida en una longitud diferencial por seccin transversal del rea se expres por medio de unas ecuaciones, una de las cuales fue la siguiente:

Para el equipo en el que hay un contacto continuo entre dos fases dos miscibles, se combinaron el balance de la masa diferencial y la transferencia de masa diferencial.

Bibliografa

Fundamento de transferencia de momento, calor y masa. James R. Welty. Ed. Limusa. Mexico D.F 1995. Pag. 880.Manual del ingeniero quimico. Robert H. Perry, Don W. Green. Ed. Mc

Graw Hill. 7ma edicion. Vol . Madrit Espaa 2012. Pag. 7-45.