Transferenciadegases

TRANSFERENCIA DE

MASAS

En que consiste?



_{Consiste en la transferencia de un material}

desde una fase homogénea a otra.



_{Las operaciones son diseñadas para reducir la}

concentración de un componente en una

corriente e incrementarla en otra.



_{La transferencia de masa se detiene cuando se}

iguala la concentración del componentes en

ambas corrientes.



_{La fuerza conductora para la transferencia de}

Transferencia de gases

Principio básico de la transferencia

de masas

Donde:

r = tasa de transferencia de masa por unidad de área por unidad de tiempo.

Dm = coeficiente de difusión molecular en la dirección X. C = concentración del constituyente que se transfiere. X = distancia

x

C

Dm

r







Fuentes de gases disueltos



Atmosfera



Oxigeno (21%)

Nitrógeno (78%)

CO2 (0.04%)



Otros gases (CO, CO

2

_,

SO

2

,CH

4)



Subsuelo

Objetivo de la transferencia de

gases



Adición de oxigeno al agua subterránea para

oxidar hierro y manganeso.



_{Remoción de CO}

₂

_.



Remoción de H

₂

S.



Remoción de metano.



_{Remoción de aceites y otras sustancias}

volátiles.

Dispersión del gas en el agua



Difusión molecular.



Difusión turbulenta por convección.



Difusión turbulenta por agitación.



_{El gas no reacciona químicamente con el}

Ley de Henry

La concentración de saturación de un gas en un liquido,

como el agua, es directamente proporcional a la

concentración, o presión parcial, del gas en la atmósfera

que se encuentra en contacto con el liquido.

Cs = ks x P

Cs =Concentración de saturación del gas en el agua. P =Presión parcial del gas en el agua

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 disuelto

Ng = moles de gas

Teorías de la transferencia de

gases



Teoría de la doble capa (Lewis & Whitman

1924).



Modelo de penetración (Higbie).



Modelo

de

renovación

superficial

Teoría de la doble capa

Teoría de la doble capa

Adsorción

Teoría de la doble capa

Flujo de masa en absorción

r = tasa de masa transferida por unidad de área por unidad de tiempo. k_G = coeficiente de transferencia de masa en la fase gaseosa.

P_G = presión parcial del constituyente A en la fase gaseosa.

P_i = presión parcial del constituyente A en equilibrio con la concentración Ci del constituyente A en el liquido.

k_L = coeficiente de transferencia de masa en la fase liquida.

C_i = concentración del constituyente A en la interface en equilibrio con la presión parcial Pi del constituyente A en el gas.

C_L = concentración del constituyente A en la fase liquida.

)

(

)

(

G

P

P

k

C

C

k

Flujo de masa en absorción

r = tasa de masa transferida por unidad de área por unidad de tiempo. K_L = coeficiente total de transferencia de masa en la fase liquida.

C_S = concentración del constituyente A en la interface en equilibrio con la presión parcial Pi del constituyente A en la fase gas.

C_L = concentración del constituyente A en la fase liquida.

)

(

L

C

C

K

r





)

(

)

(

)

(

L

C

C

k

P

P

k

C

C

K

Flujo de masa en absorción

De acuerdo a la ley de Henry:

)

(

)

(

)

(

C



C



C



C



C



C

i i

S

G

HC

P

HC

P







G L

L

k

Hk

K

1

1

1





Hk

H

k

K





Teoría de la doble capa



_{En la superficie de contacto (interfaz) existe}

equilibrio.



_{La interface liquida y la gaseosa ejercen una}

resistencia 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}

Teoría de la doble capa

Gas de baja solubilidad (O2, N2, CO2 en

agua)



_{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 la

liquida.



_{La transferencia de gas puede incrementarse por}

Teoría de la doble capa

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 es

pequeña. El coeficiente de la Ley de Henry

tiene un valor pequeño.



La

transferencia

de

gas

puede

Teoría de la doble capa

Gas de gas de solubilidad intermedia (H2S en agua)

•

_{Es importante el efecto de ambas películas.}

•

_{Debe moverse o agitarse tanto el gas como el}

liquido.

•

_{Se suman las resistencias de ambas fases y se}

Transferencia de masa

volumétrica

r_V = tasa de transferencia de masa por unidad de tiempo por unidad de volumen, ML-3_T-1_.

K_la = coeficiente volumétrico de transferencia de masa, T-1 _{(depende de la} 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 se incrementa. a = área interfacial para la transferencia de masa por unidad de volumen, A/ V, L-1_.

)

(

)

(

L

V

C

C

K

a

C

C

V

A

K

Teoría de la doble capa

Velocidad de transferencia de gases

dC/dt= Variación de la concentración, mg/l.s

K_LA/V = Coeficiente global de transferencia de gases, 1/s. Cs= Concentración de saturación del gas disuelto.

C= Concentración del gas en solución.

)

(

L

C

C

V

A

K

t

C









s

e

C

C

C

C

Desorción (remoción de gases)

)

(

L

C

C

V

A

K

t

C











t

e

C

C

C

C

Ejercicios



_{Un efluente secundario es colocado en un tanque de}

almacenamiento para ser reusado. Si la concentración

inicial de oxigeno disuelto es 1.5 mg/L, estimar el tiempo

necesario para que la concentración se incremente a 8.5

mg/L debido a la aireación superficial, asumiendo que el

agua en el tanque se encuentra en circulación y no

estancada. Asumir el valor de K

para oxigeno de 0.03

m/H. El área superficial del tanque es 400 m

y la