Transferencia de Gases

8/17/2019 Transferencia de Gases

1/31

TRANSFERENCIA DE

MASASPOR: ALEJANDRO MORENO

OSCANOA


2/31

En que consiste?

Consiste en la transferencia de un material

desde

una

fase

homogénea

a

otra

.

Las

operaciones

son

diseñadas

para

reducir

laconcentración

de

un

componente

en

una

fase

e

incrementarla

en

la

otra

.

La

transferencia

de

masa

se

detiene

cuando

seiguala

la

concentración

de

los

componentes

enambas

fases

.

La

fuerza

conductora

para

la

transferencia

demasas son los gradientes de presión

y/oconcentración

.


3/31

Principales aplicaciones de las operaciones

de transferencia de masas

Tipo de reactor Fases AplicaciónAbsorción Gas-liquido Adición de gases al agua.

Adsorción Gas-solido

Liquido-solido

Remoción de orgánicos en carbónactivado.Remoción de orgánicos con

carbón activado, declaración.Desorción Solido-liquido

Solido-gasRemoción de sedimentos.Regeneración de carbón activado.

Secado(evaporación)

Liquido-gas Secado de lodos.

Remoción degases volátiles(stripping)

Liquido-gas Remoción de gases

Intercambioiónico

Liquido-solido Remoción selectiva de elementosquímicos. Desmineralización.


4/31

Principio básico de la transferencia

de masas

x

C Dmr

Donde:r = tasa de transferencia de masa por unidad de área porunidad de tiempo (ML-2T-1).

Dm = coeficiente de difusión molecular en la dirección X (L2T-1).C = concentración del constituyente que se transfiere (ML-3).X = distancia (L)


5/31

Coeficiente de difusión molecular

N r

RT

r

kT D

p p

66

Donde:D = coeficiente de difusión (m2/s)k = constante de Boltzmann 1,3805 x 10-23 J/K

T = temperatura 273+ºC.R = constante universal de los gases 8,3145 J/mol.ºKn = viscosidad dinámica N/s.m2

rp = radio de la partícula, m.N = numero de Avogadro, 6,02 x 1023 moléculas/g.mol

Partículas esféricas el coeficiente de difusión molecular se puede expresarde la siguiente manera (Shaw, 1966).


6/31

Coeficiente de difusión molecular

Dependiendo del régimen del flujo el coeficiente de difusiónmolecular puede ser remplazado por el coeficiente de turbulento dedifusión o por el coeficiente de dispersión.

Dm: coeficiente de difusión molecular, el cual se usa para condicionessin movimiento

De: coeficiente de difusión turbulenta, el cual se usa cuando sepresentan condiciones de mezcla turbulenta sin flujo.D: coeficiente de dispersión, el cual se usa cuando se presentancondiciones de mezcla turbulenta con flujo.

D>De>Dm


7/31

Coeficientes de difusiónmolecular y turbulenta

Ítem Símbolo Rango de valores(cm2/s)

Difusión molecular Dm 10-8 a 10-4

Difusión turbulenta ode Eddy De 10-4

a 10-2

Dispersión D 102 a 106


8/31

Características de lasoperaciones de contacto

Se produce por la diferencia deconcentración de un elemento en dosfases

La difusión o transferencia de masas seorienta al logro o aproximación delequilibrio.

Provisión de fases de contacto.


9/31

Transferencia de gases

Es un fenómeno físico en el que seintercambian moléculas de gas entre un liquidoy un gas en la interfaz o superficie de contacto

gas- liquido.


10/31

Fuentes de gases disueltos

Atmosfera Oxigeno (21%) Nitrógeno (78%) CO2 (0.04%) Otros gases (CO, CO2, SO2,CH4)

Subsuelo CH4 H2S CO2


11/31

Objetivo de la transferencia degases

Adición de oxigeno al agua subterránea paraoxidar hierro y manganeso.

Remoción de CO2.

Remoción de H2S. Remoción de metano.

Remoción de aceites y otras sustancias

volátiles. Adición de cloro y ozono.


12/31

Ley de Henry

La concentración de saturación de un gas en un liquido,como el agua, es directamente proporcional a laconcentración, o presión parcial, del gas en la atmósfera

que se encuentra en contacto con el liquido.


13/31

Ley de Henry

P=H.X

X=ng/(ng+nw)

P = presion parcial del gas.atm.H = constante de la ley de henry para el gas para la temperatura de calculo

X = fraccion molar de equilibrio del gas disueltong = moles de gasnw = moles de agua


14/31

Ley de Henry


15/31

Teorías de la transferencia degases

Teoría de la doble capa (Lewis & Whitman1924).

Modelo de penetración (Higbie).

Modelo de renovación superficial(Dankwerts)


16/31

Teoría de la doble capa

En la interface gas liquido existen doscapas. Una capa gaseosa y una capaliquida, las cuales presentan una

resistencia al paso de las moléculas deuna fase a otra.


17/31


Adsorción

Absorción


18/31


Desorción


19/31

Flujo de masa en absorción

)()( Li LiGG

C C k PPk r

r = tasa de masa transferida por unidad de área por unidad de tiempo.kG = coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa.PG = presión parcial del constituyente A en la fase gaseosa.Pi = presión parcial del constituyente A en equilibrio con la concentración Cidel constituyente A en el liquido.kL = coeficiente de transferencia de masa en la fase liquida.

Ci = concentración del constituyente A en la interface en equilibrio con lapresión parcial Pi del constituyente A en el gas.CL = concentración del constituyente A en la fase liquida.


20/31


)( LS L

C C K r

r = tasa de masa transferida por unidad de área por unidad de tiempo.KL = coeficiente total de transferencia de masa en la fase liquida.CS = concentración del constituyente A en la interface en equilibrio con lapresión parcial Pi del constituyente A en la fase gas.CL = concentración del constituyente A en la fase liquida.

)()()( Li LiGGiS L

C C k PPk C C K r


21/31


)()()( LiiS LS

C C C C C C

De acuerdo a la ley de Henry: iiS G HC P HC P

G L L

Hk k K

111

LGG Hk

H

k K

11


22/31


En la superficie de contacto (interfaz) existeequilibrio.

La interface liquida y la gaseosa ejercen unaresistencia al paso de moléculas de gas hacia la

masa liquida. Las resistencias individuales se suman para

obtener una resistencia global. La parte esencial de esta teoría, es el método

que permite que las partículas de soluto entrefases en la interface combinen sus coeficientesindividuales para obtener una resistencia global.


23/31


Gas de baja solubilidad (O2, N2, CO2 enagua)

La concentración del gas en la interface es elevada

y el coeficiente de la Ley de Henry tiene un valor grande. La concentración en la interface es prácticamente

igual a la concentración de saturación (Cs) La capa liquida es la que ejerce mayor resistencia

al paso de las moléculas de gas de la fase gas a laliquida. La transferencia de gas puede incrementarse por

reducción del espesor de la película liquidamediante movimiento o agitación del liquido


24/31


Gas altamente soluble (NH3 en agua)

La capa gaseosa es la que ejerce mayor resistencia al paso de las moléculas de gas

de la fase gas a la liquida. En la interface, la concentración del gas es

elevada y la presión parcial del gas espequeña. El coeficiente de la Ley de Henrytiene un valor pequeño.

La transferencia de gas puedeincrementarse por reducción del espesor dela película gas mediante movimiento oagitación del gas


25/31


Gas de gas de solubilidad intermedia (H2S en agua)

• Es importante el efecto de ambas películas.

• Debe moverse o agitarse tanto el gas como elliquido.

• Se suman las resistencias de ambas fases y sepuede emplear un coeficiente global “K” que

dependa de ambos coeficientes de pelicula.


26/31

Transferencia de masavolumétrica

)()(t s Lt S LV

C C aK C C V

AK r

r V = tasa de transferencia de masa por unidad de tiempo por unidad devolumen, ML-3T-1.Kla = coeficiente volumétrico de transferencia de masa, T-1 (depende dela calidad del agua y del tipo de equipo de aireación).

A = área a través del cual se transfiere la masa.V = volumen en el cual la concentración del constituyente seincrementa.a = área interfacial para la transferencia de masa por unidad devolumen, A/V, L-1.


27/31


Velocidad de transferencia de gases

dC/dt= Variación de la concentración, mg/l.sKLA/V = Coeficiente global de transferencia de gases, 1/s.Cs= Concentración de saturación del gas disuelto.C= Concentración del gas en solución.

)(t S L

C C V

AK

t

C

t aK

os

t s LeC C

C C )(

)(

)(


28/31

Cambio de OD con el tiempo


29/31

Cambio de OD con el tiempo


30/31

Desorción (remoción de gases)

)(S t L

C C V

AK

t

C

t aK

S o

S t LeC C

C C )(

)(

)(


31/31

Ejercicios

Un efluente secundario es colocado en un tanque dealmacenamiento para ser reusado. Si la concentracióninicial de oxigeno disuelto es 1.5 mg/L, estimar el tiemponecesario para que la concentración se incremente a 8.5

mg/L debido a la aireación superficial, asumiendo que elagua en el tanque se encuentra en circulación y noestancada. Asumir el valor de KL para oxigeno de 0.03m/H. El área superficial del tanque es 400 m2 y la

profundidad 3 m. Asumir la temperatura en 20ºC y elvalor de saturación de oxigeno es 9.09 mg/L.

Transferencia de Gases

Documents

Transcript of Transferencia de Gases