Potencia de Reactores
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MÓDULO: Obtención de metabolitos de interés industrial para la salud • TRANSFERENCIA DE MASA • DETERMINACIÓN DE kLa • POTENCIA DE REACTORES DOCENTE: Barranco Florido Juan Esteban PRESENTAN: Brito Millan Sheyla Sánchez Mosqueda Claudia Patricia Segovia García Martha Patricia Vázquez Vilchis Abigail Monserrat
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transferencia de masas, tipos de reactores de fermentación, tipos de impulsores de reactor. potenciador de reactores
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MÓDULO: Obtención de metabolitos de interés industrial para la salud
• TRANSFERENCIA DE MASA• DETERMINACIÓN DE kLa • POTENCIA DE REACTORES
DOCENTE:Barranco Florido Juan Esteban
PRESENTAN: Brito Millan SheylaSánchez Mosqueda Claudia PatriciaSegovia García Martha PatriciaVázquez Vilchis Abigail Monserrat
Al movimiento de una propiedad se le llama flujo
En una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza
impulsora
Se establece el movimiento de una propiedad (masa o
energía)
Los fenómenos de transporte tienen
lugar en aquellos procesos,
conocidos como procesos de
transferencia
Transferencia de masa
Transferencia de masa
Los procesos de transferencia de masa son
importantes, ya que la mayoría de los procesos
químicos requieren
La purificación inicial de las materias primas
La separación final de productos y subproductos
Transferencia de masa
Definición General de
transferencia de masa
La transferencia de masa cambia la composición
de soluciones y mezclas mediante métodos que no implican
necesariamente reacciones químicas y se caracteriza por transferir una sustancia a través de otra u otras
a escala molecular.
Algunos de los ejemplos del papel que juega 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 rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas así como el
acondicionamiento del aire
La difusión de sustancias al interior de poros de carbón
activado
El proceso de transferencia de masa, al igual que la transferencia de calor
están caracterizados por el mismo tipo de ecuación.
Transferencia de masa
Transferencia de masa En esta ecuación la
velocidad de transferencia de masa depende de una fuerza
impulsora (diferencia de concentración) sobre
una resistencia
Indica la dificultad de
las moléculas
para transferirse en el medio
Esta resistencia se expresa
como
Una constante de proporcionalidad entre la
velocidad de transferencia y la diferencia de concentraciones
denominado: "Difusividad de masa"
Un valor elevado de este parámetro significa que las
moléculas se difunden fácilmente
en el medio
Velocidad de un proceso de transferencia =
Transferencia de masa
Clasificación general de la transferencia de masa.
El mecanismo de transferencia de masa, depende de
la dinámica del sistema en que se lleva acabo
Molecular Convectiva
Transferencia de masa
El mecanismo real de transporte difiere en gran medida entre gases, líquidos y sólidos, debido a las diferencias sustanciales en la estructura molecular de estos 3 estados físicos.
Gases
Los gases contienen relativamente pocas
moléculas por unidad de volumen. Las moléculas de un gas tienen la libertad de moverse a distancias considerables antes de tener
colisiones con otras moléculas. El comportamiento ideal de los gases es
explicado por la teoría cinética de los gases.
Líquidos
Los líquidos contienen una concentración de moléculas mayor por unidad de volumen. Como resultado, el movimiento molecular se restringe más en un líquido. Las moléculas de un líquido
vibran de un lado a otro, sufriendo con frecuencia colisiones con las moléculas vecinas.
Sólidos
En los sólidos , las moléculas se encuentran más unidas que en los líquidos; el movimiento molecular tiene mayores restricciones. En
muchos sólidos, las fuerzas intermoleculares son suficientemente grandes para mantener a las
moléculas en una distribución fija que se conoce como red cristalina.
Transferencia de masa
La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick.
Considerando una mezcla binaria A y B, y si el número de moléculas de A en un volumen dado en una región , es mayor que en otra región vecina, tendrá lugar la migración de moléculas de A a través de B, desde la zona de mayor concentración hacia la de menor concentración
• Por lo tanto, la ecuación de la ley de Fick para una mezcla de dos componentes A y B es: JAZ = - C DAB
• Donde:c es la concentración de A y B en mol Kg de (A + B) / m3xA es la fracción mol de A en la mezcla de A y BJAZ es el flujo de masa en molKg/(seg m2)
Sí c es constante, tenemos que cA = cxAcdxA = d ( cxA ) = dcA
Transferencia de masa
Coeficiente volumétrico de transferencia de O2 (KLa)
Factores que afectan la transferencia de oxígeno.
Factores que afectan Kla.
Como seleccionar un KLa apropiado
Tipos de agitadores• Los 3 tipos principales de agitadores son:A) HÉLICES: Una hélice es un agitador de flujo axial, que
opera con velocidad elevada y se emplea para líquidos de baja viscosidad. Son eficaces en tanques muy grandes, generalmente posee tres aspas y se usa para homogeneizar, suspender y favorecer el intercambio de calor.
B) PALAS O PALETAS:Se utiliza para los casos más sencillos de agitación o mezcla. Consta de una o varias palas planas (frecuentemente de dos a cuatro palas), que giran sobre un eje vertical a bajas o moderadas velocidades en el centro del tanque, impulsando el líquido radial y tangencialmente.Se utiliza para homogeneizar, favorecer el intercambio de calor, inyección de un gas en un fluido y emulsionar.
C) TURBINAS:La mayor parte de ellas se asemejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, que giran a altas velocidades sobre un eje montado centralmente en el tanque, generando corrientes principalmente radiales y tangenciales. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales y su diámetro varía entre 30 y el 50% del diámetro del tanque. Las turbinas son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades.
Número de ReynoldsSe encarga de describir el movimiento característico del líquido en el tanque de agitación, y está en función de la velocidad generada por el impulsor, de la viscosidad dinámica del líquido, la densidad de la mezcla y del diámetro del impulsor.
Dónde:
Número de PotenciaEs un número adimensional que se encarga de establecer la relación que existe entre el consumo de potencia generado por el impulsor, la densidad del líquido, la velocidad de rotación del impulsor y su diámetro. El número de potencia se obtiene desarrollando la siguiente fórmula:
Dónde:
PROBLEMASe tiene un fermentador equipado con 3 conjuntos de impulsores de paleta, cuyas dimensiones son: Diametro del reactor DT= 3.0m, Di= 1m, altura del volumen del trabajo AL= 9.0m El caldo de fermetacion tiene una viscocidad de µ= 0.05 kg/m*s y una densidad d= 1170 kg/m3 La velocidad de rotacion de los impulsores es de N) 125 rpm y la tasa de aereacion es de 0.2vvm Calcular:
A) La potencia requerida P, para sistemas no gaseados en HP B) La potencia requerida Pgas cuando es aereado en HP
