Teoría de la doble película

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Se supone que la transf transferencia erencia de masa en la masa global se realiza por corrientes convectivas, no existiendo gradientes de concentración dentro de cada fase, fase, excepto en las proximidades de la interfase. Se supone que en ambos a mbos lados de la interf interfase ase existe existe una delgada película estática de fluidos (subcapas laminares) a laminares) a través de la cual la transferencia de masa se realiza únicamente por difusión molecular.

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La dirección de la transferencia de materia a través de la interfase no depende de la diferencia de concentraciones, sino de la relación de equilibrio. En la interfase la relación de gas y líquido están en equilibrio.

interfase Fase gas

Fase líquida

P Pi Ci C Película

Película

gaseosa

líquida

Ley de Fick

 N i

  D.

C: Concentración

C 

 z: distancia o posición

 z 

D: Difusividad

 N GAS 



N  LIQ

N i : velocidad de Difusión o densidad de flujo Fase Gas

 N  A  N  A





 N  A

 DG  L

C 

G

 DG . PM   R.T . L 



i G

C 

Fase Líquida

  N  A

 P 



P i 

 N  A

 D L

 



 L

C 

k  L .C i





C i 

C 

k G . P  P i  

Gas ideal

C G



m V 

   

 P  PM   R  T 

k L y k G: Coef. Individual de transf. de materia en fase líquida y sólida respectivamente L: Espesor

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En un proceso de absorción en estado estacionario, la densidad de flujo de materia a través de la película gaseosa será la misma que la transferencia a través de la película de líquido. En la que “p” es la presión parcial del componente en la fase gaseosa, y ”pi” la correspondiente a la interfase. Mientras que “C ” es la concentración del componente en el seno del líquido “C i” en la interfase.

 N  A



k G . p   pi   k  L .C i  C 

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La pendiente de la línea de unión, que permite determinar las concentraciones de la interfase conocidas las de las fases gaseosa y líquida, será:

F E

P

n’’ Pi

B



k  L k G



 p   pi C   C i

Pe

n’

D

C

Ci

Ce

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El punto “F” representa las condiciones en la masa global del gas y del líquido. El Punto “E” representa una concentración “Ce” en el líquido que esta en equilibrio con la presión parcial “P” en el seno del gas. El punto “B” representa la concentración “Ci” en la interfase líquida que esta en equilibrio con la presión parcial “Pi” de la interfase gaseosa. El punto “D” representa una presión “Pe” en la fase gaseosa que esta en equilibrio con una concentración “C” en fase líquida.

Densidad de flujo en función a coeficientes globales

 N  A •





Pendientes de las rectas: DB y DE

C e  C 

  K G .  P    P e   K  L .

El que el gas sea más o menos soluble hace que la curva de equilibrio varíe, y que la resistencia a la transferencia de materia este localizada en una u otra fase.

n'

 N  A





 p i



C i

 p e



 p   pi 1

C 



C i

k G

 N  A



 p   pi 1

 N  A

 p  p e 



 C  1

C e



k  L 

 p i



k  L 

1

k G





C 

 p   pe 1



C e

 K G

  pe

n'

k G

 p   pe

n' '

 p   pe 1

k  L



1

 K G

1

 K  L 

 K G

n'

 C 

 p   pe n' '  K  L



n' '  K  L

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Así, en el caso de gases muy solubles la transferencia de materia esta controlada por la fase gaseosa y se considera que la concentración de la interfase líquida coincide con la global del líquido (Ci=C) y por tanto: pi=pe

lo que indica que no existe resistencia a la fase líquida (k L es muy elevada) y se obtiene que k G=KG.

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En el caso que el gas sea muy poco soluble en el líquido, la presión pi coincide con la del seno del gas (pi=p) y por tanto C i=Ce lo que indica que no existe resistencia en la fase gaseosa (k G es muy elevada), obteniéndose que k L=KL

Es decir que la transferencia de masa esta controlada por la fase líquida.

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Si el gas que se absorbe es un gas puro, la presión en la interfase gaseosa coincide con la presión parcial en el seno del gas (p i=p), con lo que se está en una situación similar a la anterior (Gas poco soluble en líquidos) Por lo que, utilizando un gas puro se puede llegar a determinar los coeficientes k L y KG.

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Pasos para el diseño de torres de absorción: •

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Selección del disolvente Obtención de datos de equilibrio Balance de materias Balance entálpico Elección de relleno Cálculo del diámetro de la columna Cálculo de la altura del relleno Cálculo de las pérdidas de carga

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El disolvente ideal será aquel que: •

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no sea volátil ni corrosivo además de no ser viscoso y espumante así mismo debe ser estable y no inflamable y presentar una solubilidad infinita para el soluto.

En caso de absorción física además de lo anterior se elige al más barato y no reactivo. Cuando existe reacción química, el disolvente además debe presentar mayor capacidad de absorción.