universidad nacional de trujillo

2.1 En una mezcla gaseosa de oxigeno-nitrgeno a 1atm., 25 C, las concentraciones del oxgeno en dos planos separados 2 mm son 10 y 20% en vol., respectivamente. Calcular el flux de difusin del oxgeno para el caso en que:a) El nitrgeno no se est difundiendo.

b) Existe una contra difusin equimolar de los dos gases.

Solucin:Especies:Oxigeno (A)Nitrgeno (B)Pt=1 atmT=25c + 273K = 298KZ= 0.002mPara el oxgeno(A):Plano 1: %V=0,10Plano 2: %V=0.20

a) A la T=273K , Pt=1 atmDAB = Hallando la DAB a la T=298K, Pt=1 atm

DAB = DAB *

DAB = (

DAB = 2,064*

Hallando las presiones parciales:

PA1 = V A1*Pt = 0.10*1atm

PA1 = 0.10atm

PB1 = Pt - PA1 = 1atm 0.10atm

PB1 = 0.9atm

PA2 = V A2*Pt = 0.20*1atm

PA2 = 0.20atm

PB2 = Pt- PA2 = 1atm-0.20atm

PB2 = 0.80atm

PB,M =

PB,M = PB,M = 0.849 atm

NA =

NA =

NA = -

b) NA =

NA =

NA = -4.223*

2.2 Repita los clculos del problema 2.1 para una presin total de 1 000 kN/

Solucin:

Especies:Oxigeno (A)Nitrgeno (B)Pt = 1000 KPa

A la T=273K , Pt=101.325 KPa DAB =

Hallando la DAB a la T=273K, Pt= 1000 KPa

DAB = (

DAB = 18.340*

Hallando las presiones parciales:

PA1 = V A1*Pt = 0.10*1000 KPaPA1 = 100 KPa

PB1 = Pt - PA1 = 1000 100

PB1 = 900 KPa

PA2 = V A2*Pt = 0.20*1000 KPa

PA2 = 200 KPa

PB2 = Pt- PA2 = 1000-200

PB2 = 800 KPa

PB,M =

PB,M =

PB,M = 849.019 KPa

NA =

NA =

NA = -1.616*

Contra difusin equimolar:

NA =

NA =

NA = -4.040*

2.3. Calcule la difusividad de las siguientes mezclas gaseosas:a) Acetona-aire 1 atm, 0Cb) Nitrogeno-Dioxido de carbono 1 atm, 25 Cc) Cloruro de Hidrogeno-Aire 200 KN/m2 25 Cd) Tolueno-Aire 1 atm, 30 Ce) Anilina-Aire 1 atm, 0 C

Solucion:a) .

De la tabla 2.2 se tiene que para el aire Los valores para la acetona se pueden calcular mediante las siguientes ecuaciones:

El punto de ebullicin de la acetona es: 329.4 K

De la figura 2.5:

b) :

De la figura 2.5.

Reemplazando los datos calculados en la Ec. 1

c)

:

De la figura 2.5.

Reemplazando los datos calculados en la Ec. 1

d)

e)

2.4. Se informa que la difusividad del dixido de carbono en helio es a 1 atm. Std., 3.2 C. Calcule la difusividad a 1 atm., 225 C. Valor informado = [Seager, Geertson y Giddings: J. Chem. Eng. Data, 8, 168(1963).Solucion:DAB1 = Pt1 = 1 atm.T1 = 3.2 C + 273 = 276.2 k

Para el CO2 (Para el H2(

Para:Pt = 1 atm.T2 = 225C + 273 = 498 k

Dividiendo (1) entre (2)

2.5. Se est difundiendo amoniaco a travs de una mezcla gaseosa estancada que consta de un tercio de nitrgeno y dos tercios de hidrgeno en volumen. La presion total es 30 lbf/ in2 abs (206.8 kN/m2) y la temperatura 130 F (54 C). Calcule la rapidez de difusin del amoniaco a travs de una pelicula de gas de 0.5 mm. de espesor cuando el cambio en la concentracin a travs de la pelcula es de 10 a 5% de amoniaco en volumen.Solucin:Especies:Para el amoniaco:Amoniaco (A)%V(A)1 = 10%Nitrgeno (B)%V(A)2 = 5%Hidrgeno (C)

Mezcla:V (B) =

V (C) = Pt = 206. 8 KPa.T = 54 C + 273 = 327 kZ = 0.0005 m

Hallando

rNH3 = 0.2900 nmrH2 = 0.3798 nm

(

(

Hallando

(

(

Hallando: y

2.6) Calcule las siguientes difusividades lquidas:a) Alcohol etlico en soluci6n acuosa diluida, 10 C.Solucin: b) Tetracloruro de carbono en soluci6n diluida en alcohol metlico, 15C [valor observado= l.69x105) cm/s].

2.7) Segn se informa en Int. Crit. Tubles, 5,63, la difusividad del bromoformo en soluci6n diluida en acetona a 25 C, es 2.90 (10-5) cm2/s. Calcule la difusividad del ticido benzoico en solucin diluida en acetona a 25 C. Valor informado [Chang y Wilke, J. Phys. Chem., 59, 592 (1955)= 2.62 cm2/s.]Solucin:

2.8 Calcule la rapidez de difusin del NaCl a 18 C, a travs de una pelcula de agua estancada de 1mm de espesor; cuando las concentraciones son de 20 y 10 %; respectivamente, en cada lado de la pelcula.Solucin:Datos: (Tabla 2.4 de Robert Treybal)Z=1mm= 0.001m MNaCl =58.4998 g/molT= 18C MH2O = 18.02 g/mol

1 Trabajando con concentraciones al 20% en peso: Hallando la fraccin por mol de NaCl

Donde:

Hallando :

Hallando la al 20% a T = 18C

T C

101152.54

18

251145.33

Fuente:Perry, J. H. Manual del Ingeniero Qumico. 3 edicin, UTHEA. Mxico, 1966.

Tabulando:

Halando la relacin de

2 Trabajando con concentraciones al 10% en peso: Hallando la fraccin por mol de NaCl

Donde:

Hallando :

Hallando la al 10% a T = 18C

T C

101074.265

18

251068.885

Fuente:Perry, J. H. Manual del Ingeniero Qumico. 3 edicin, UTHEA. Mxico, 1966.

Tabulando:

Halando la relacin de

3 Una vez obtenido y ; encontramos

4 Encontramos

5 Teniendo todos nuestros datos procedemos a aplicar la Ec. 2.41

2.9 A 1 atm, 100 C, la densidad del aire es ; la viscosidad es s; conductividad trmica = 0.0317 W/m. K, y el calor especfico a presin constante = 1.047 kJ/kg. K. A 25 C, la viscosidad = l.79 () kg/m. s

a) Calcular la viscosidad cinemtica a 100 C, /s.b) Calcular la difusividad trmica a 100 C, /s.c) Calcular el nmero de Prandtl a 100 C.d) Suponiendo que para el aire a 1 atm, Pr = Sc y que Sc = constante al cambiar la temperatura, calcular D para el aire a 25 C. Comparar con el valor de D para el sistema 0,-N, a 1 atm std, 25 C (tabla 2.1).

SOLUCION

a) Hallando la viscosidad cinemtica :

b) Hallando la difusividad trmica :

c) Hallando el nmero de Prandtl Pr:

d) Hallando la difusividad D :

Pr = Sc = 0.15161 T = 25C P= 1 atm

Sc = nmero de Schmidt

De la tabla 2.1:

2.11 Un cristal de sulfato de cobre, , cae en un tanque grande de agua pura a 20 C. Calcule la rapidez con la cual se disuelve el cristal y calcule el flux de , de la superficie del cristal hacia la solucin. Hgase lo mismo, pero ahora calclese el flux del agua.

Datos y suposiciones:La difusin molecular sucede a travs de una pelcula de agua uniforme, de 0.0305mm de espesor, que rodea al cristal. En la parte interna de la pelcula, adyacente a la superficie del cristal, la concentracin del sulfato de cobre es su valor de solubilidad, 0.0229 fraccin mol de , (densidad de la solucin = 1 193 kg/). La superficie externa de la pelcula es agua pura. La difusividad del , es . SOLUCION:

Para el puro:

Temperatura = 293 K Peso molecular del = 160

Para el agua pura:

Asumimos: Agua no difusora

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