Difusion Molecular en Liquidos y Solidos

5/28/2018 Difusion Molecular en Liquidos y Solidos

1/25

Difusin molecular en lquidos

Ing. Msc. Javier Alonso Prez CubidesUJTL


2/25

Generalidades

Es importante en muchos procesos industriales. En extraccin lquido-lquido (extraccin con solvente) En absorcin de gases En destilacin.

Es frecuente en la naturaleza La oxigenacin de ros y lagos

La difusin de sales en la sangre. La difusin molecular en los lquidos es menor

que en los gases. El DAB de los lquido es 105veces menor El flujo especfico del gas es solo 100 veces mayor.


3/25

Generalidades

En los lquidos Las fuerzas de atraccin entremolculas tiene efecto importante

Las difusividades suelen depender de laconcentracin La teora cintica de los lquidos no est

desarrollada totalmente Se utilizan ecuaciones similares a las de los

gases.


4/25

Ecuaciones para la difusin en lquidos

La contradifusin equimolar: es poco frecuenteen los lquidos. De la ecuacin general con NA=-NB se tiene

Se utiliza una concentracin promedio que

corresponde a:

Donde M es el peso molecular promedio de la

solucin y es la densidad en los puntos 1 y 2


5/25

Difusin de A a travs de B que no

se difunde Es la ms importante en lquidos Partiendo de la ecuacin general

Considerando NB cero, realizando la respectivaintegracin y definiendo xBM, se tiene:

Para soluciones diluidas donde xBMes casi 1.0 y c escasi constante.


6/25

Determinacin de difusividades

Si el soluto A se difunde en B se determina DAB. La difusividad depende en gran parte de la

concentracin del soluto En los lquidos la difusividad DABes difiere a DBA. Mtodo de los capilares

Se realiza en estado no estacionario La difusividad se determina con los perfiles de

concentracin.


7/25

Determinacin de difusividades

Dos cmaras separadas por un vidrio sinterizado

La difusin se realiza a travs de los poros del vidrio Se agitan las soluciones de cada cmara La longitud de difusin efectiva es , donde la

sinuosidad >1 (se calibra con KCl)


8/25

Determinacin experimental de

difusividades La ecuacin se deduce suponiendo estado cuasi-

estacionario.

Donde c y c' son las concentraciones en las cmaras,es la fraccin de rea de difusin.


9/25

Determinacin experimental de

difusividades efectuando un balance de soluto A en la cmara alta

y en la baja (velocidad de entrada = velocidad desalida + velocidad de acumulacin)

Integrando se obtiene.

(2A /V) es la constante de la celda, se determinacon un soluto de difusividad conocida (KCl)

c0y c'0son las concentraciones iniciales, y c y c' son

concentraciones finales.


10/25

Coeficientes de difusin de

soluciones lquidas diluidas


11/25

Prediccin de difusividades en

lquidos Las ecuaciones para lquidos son semiempricas La ecuacin de Stokes-Einstein

Utiliza la ley de Stokes para describir el retardo en lamolcula mvil del soluto. Aplicable a una molcula esfrica grande difundiendo

en un lquido de molculas pequeas. Despus se modific considerando las molculasiguales, distribuidas en un retculo cbico y con radio

molecular expresado por el volumen molar.


12/25


lquidos Donde VAes el volumen molar del soluto en su punto

de ebullicin normal. Esta ecuacin es exacta en molculas grandes de

solutos esferoidales y sin hidratacin, de MA1000, ocuando VAes superior a 0.500 m3/kg mol en solucinacuosa.

La correlacin de Wilke-Chang Se usa cuando el soluto (A) est diluido con respecto

al disolvente (B).


13/25


lquidoses un "parmetro de asociacin" del

disolvente

2.6 para el agua 1.9 para el metanol 1.0 para los disolventes sin asociacin.

Si VA>0.500 m3/kg mol se utiliza Stokes-

Einstein Cuando el agua es el solvente se debe

multiplicar por 1/2.3


14/25

Volmenes atmicos y molares

en el punto de ebullicin


15/25


16/25

DIFUSIN MOLECULAR DE SLIDOS

Lixiviacin de soya, el secado de madera, sales yalimentos, separacin de fluidos mediantemembranas, difusin de gases a travs depelculas de polmeros usadas en empaques.

www.yale.edu


17/25

www.labthink.cn


18/25

Difusin en slidos que siguen

la ley de Fick El fluido forma soluciones homogneas

(lixiviacin, gases a travs de polmeros ,

difusin el agua durante el secado.) Se emplean las ecuaciones de difusin binaria

El flujo total, (cA/c)(NA+ NB), se desprecia


19/25


la ley de Fick Integrando para una placa plana.

Para un cilindro de radio interno r1y radioexterno r2con longitud L.

Integrando.


20/25


la ley de FickDifusin de gases y lquidos en slidos El DABno depende de la presin del gas o lquido La presin afecta la solubilidad (S) siguiendo la

ley de Henry. La solubilidad del gas se expresa como (Vsto (a TPE) /Vsol*PA).

Para convertir la solubilidad a concentracin cAen elslido.


21/25

Permeabilidad Como las concentraciones se expresan como

Remplazando en la ley de Fick se tiene

Donde PM es la permeabilidad a travs del slido(Vgasa TPE /s m2)

Para varios slidos en serie de espesor Li setiene


22/25

Difusividades y permeabilidades

en slidos Es difcil predecir la difusividad en un slidos (no

se conoce la teora del estado slido)

Para determinar la difusividad se requiereexperimentacin El efecto de la temperatura T en la PMes

aproximadamente una funcin lineal de 1/T. La difusin de un gas es independiente de otros

gases presentes En algunos metales se ha determinado que el

flujo es proporcional a (PA1-PA2)


23/25

Difusividades y permeabilidad

en slidos


24/25

Difusin en slidos porosos

Difusin de un lquido Se sigue una trayectoria sinuosa.

No hay difusin en el solido inerte. Para la difusin de una solucin diluida se tiene.


25/25

Difusin en slidos porosos

Difusin de un gas Importante en la liofilizacin y en secado de

alimentos por congelacin (carne) Si los poros son muy grandes la difusin ser de tipo

Fickian.

La sinuosidad se determina experimentalmente. La difusin slo se verifica a travs de los vacios mas

no en el slido.

Difusion Molecular en Liquidos y Solidos

Documents

Transcript of Difusion Molecular en Liquidos y Solidos