Tema 2 problemas 0809

Tema 2: Transferencia de materia por difusión: problemas
Curso 2008/2009
Tema 2
Transferencia de materia por difusión:
Problemas
1. El amoniaco se absorbe en agua desde una mezcla con aire en una columna que opera a 1 atm y
20ºC. En un punto de la columna la presión parcial del amoniaco es de 50 mm Hg, mientras que la
presión en la interfase es despreciable. La resistencia a la transferencia de materia se puede admitir
que corresponde íntegramente a una película estacionaria de gas de 1 mm de espesor. Determinar:
a) la velocidad de transferencia por unidad de área en dicho punto de la columna, si el coeficiente
de difusión del NH3 en aire es 0,236 cm2/s. b) Estudiar cómo varían la fracción molar del amoniaco
y las densidades de flujo por transporte másico y molecular en la película estacionaria.
2. Un gran tanque, que contiene una mezcla de CO2 y N2 a 1 atm y 0ºC, se conecta, por medio de un
tubo de 5 cm de diámetro interno y 15 cm de longitud, con otro tanque a la misma presión y
temperatura, pero con diferente composición. El coeficiente de difusión del CO2 en N2 es 0,144
cm2/s. Determinar: a) los caudales de difusión, en régimen estacionario, de ambos gases a través
del tubo de conexión si la concentración de CO2 se mantiene continuamente en un 90% en moles
en un tanque y en un 5% en el otro. b) la variación de la fracción molar de CO2 a lo largo del tubo.
3. Se absorbe amoniaco, que se encuentra formando una mezcla con aire, en agua, utilizando una
columna que opera a 295 K y 101,3 kN/m2. Puede considerarse que la resistencia a la transferencia
reside totalmente en la fase gaseosa. En un punto de la columna la presión parcial del amoniaco es
7,0 kN/m2. Se supone que la presión parcial del amoniaco en la interfase acuosa es despreciable y
puede considerarse que la resistencia a la transferencia reside únicamente en una película
estacionaria de gas de 1 mm de espesor. Si la difusividad del amoniaco en aire es 0,236 cm2/s,
¿cuál es la velocidad de transferencia por unidad de área en dicho punto de la columna? Si el gas se
comprimiese hasta una presión doble, ¿cómo variaría la velocidad de transferencia por unidad de
superficie?
4. Sabiendo que la difusión del soluto “A” a través de una capa de gas hacia un líquido absorbente se
da con yA1 = 0,20 e yA2 = 0,10, calcúlese la velocidad de transferencia para una sola dirección,
comparada con la correspondiente a la difusión equimolar. ¿Cuál es el valor de yA en la distancia
intermedia a través de la capa, para la difusión en una sola dirección?
5. En un sistema binario (A + B) se desean ensayar diferentes procedimientos para aumentar la
proporción de B en la mezcla mediante la separación o transformación de parte del componente A.
Comparar los flujos molares unidireccionales NA para las tres alternativas a ensayar: destilación,
absorción de A en un disolvente no volátil y transformación de A en B mediante una reacción
3A → B catalizada por un sólido. Considerar que el espesor de la subcapa laminar, h, la
difusividad, DAB, y la concentración total no varían de uno a otro procedimiento y que las
fracciones molares de A en la interfase, yA2 = 0,03 y en el límite de la subcapa yA1 = 0,2 tampoco
lo hacen.
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental
Tema 2: Transferencia de materia por difusión: problemas
Curso 2008/2009
6. El coeficiente de difusión de un vapor formado a partir de líquido volátil se puede determinar
convenientemente por el método de Winkelmann. Suponiendo que el vapor se transfiere desde la
superficie del líquido hacia el aire por difusión molecular, calcúlese la difusividad del vapor de
Cl4C en aire a 48ºC y presión atmosférica a partir de los siguientes datos obtenidos
experimentalmente.
t, min
0
26
185
456
1336
1958
2810
3325
4822
6385
h, cm
10
10,25
11,29
12,32
14,39
15,47
16,70
17,38
19,03
20,48
Datos: Po(CCl4, 48ºC)=37,6 kN/m2; ρ(líq)=1,54 g/cm3
7. Agua pura a 50 ºC se evapora y difunde a través de una capa estacionaria de aire de espesor medio
10 cm hasta una corriente continua en la que su composición permanece constante y tan pequeña
que puede suponerse nula. Si la probeta de experimentación tiene un diámetro de 2 cm y en un
tiempo de 10 días y 5 horas el nivel baja 2 cm, ¿cuál es el coeficiente de difusión del vapor de agua
a esa temperatura, si la operación se realiza a presión atmosférica? Datos: presión de vapor del
agua a 50 ºC: 92,51 mm Hg; densidad del agua: 1000 kg/m3
Procesos de Separación en Ingeniería Ambiental