Practica Arnold

8/16/2019 Practica Arnold

1/15

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

DIVISIÓN DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS

INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II

PROF: MIRIAM GORDILLO REYES

EQUIPO #2:

MARTÍNEZ MORENO MIGUEL ÁNGELMEINERS MUÑOZ PAUL

PONCE ROCA JAIME DAVID

RODRIGUEZ REYES RODOLFO

SOTELO PINEDA OMAR

PRÁCTICA CELDA DE ARNOLD!


2/15

INTRODUCCION.

Difusión: La transferencia de masa por difusión molecular es el tránsito demasa como resultado de una diferencia de concentración en una mezcla.Cuando un sistema contiene dos o más componentes cuyas

concentraciones ar!an de un punto a otro" presenta una tendencia natural

a transferir la masa" minimizando las diferencias de concentración en el

sistema.

#l transporte de un constituyente" de una re$ión de alta concentración a

una de %a&a concentración se llama transferencia de masa. La fuerza

impulsora para la transferencia de masa es la diferencia de concentración.

'i no e(iste diferencia entre las concentraciones de una especie en re$iones

diferentes de un medio" no )a%rá transferencia de masa.

La materia se trans*ere mediante dos tipos de mecanismos de

transferencia" la conducción +llamada difusión, y conección.#l mecanismo de transferencia de masa depende de la dinámica delsistema en el -ue se llea a ca%o .La masa se puede transferir pormoimiento molecular en uidos en reposo +conducción," o %ien puedetransferirse desde una super*cie contenida en el seno de uido -ue semuee" ayudada por las caracter!sticas dinámicas de u&o" esto es elmoimiento forzado de $randes $rupos de mol/culas +conección,.

DIFUSIÓN DE MASA: ECUACIÓN DE FICK.La difusión molecular +o transporte molecular, puede de*nirse como latransferencia +o desplazamiento, de mol/culas indiiduales a tra/s de unuido por medio de los desplazamientos indiiduales y desordenados de las

mol/culas.0odemos ima$inar a las mol/culas desplazándose en l!nea recta y

cam%iando su dirección al re%otar otras mol/culas cuando c)ocan. 0uesto

-ue las mol/culas se desplazan en trayectorias al azar" la difusión

molecular a eces se llama tam%i/n proceso con trayectoria aleatoria.


3/15

#l transporte molecular de materia puede descri%irse mediante la Ley de1ic2.#sta Ley a*rma -ue la razón de difusión de una especie -u!mica en elespacio de una mezcla $aseosa +o de una solución li-uida o solida, esproporcional al $radiente de concentración de esa especie en ese lu$ar.Lo anterior se e(presa como:

'e$3n esta e(presión o%seramos -ue la especie 4 difunde en la direcciónen -ue disminuye su concentración" por ello el si$no ne$atio.#n otras pala%ras" podemos decir -ue:5#l u&o neto de mol/culas se relaciona directamente con la diferencia de

concentración respecto a la posición +$radiente de concentración, mediante

una relación causa efecto" es decir la diferencia de concentración producirá

el u&o de masa difusio6.

DIFUSIÓN MOLECULAR.#l parámetro de proporcionalidad de la Ley de 1ic2" se conoce con el

nom%re de coe*ciente de difusión. 'us dimensiones fundamentales" pueden

o%tenerse a partir de la si$uiente ecuación:


4/15

Como propiedad" indica la capacidad de un compuesto en particular adifundirse en la mezcla" dado -ue el u&o difusio es directamenteproporcional al coe*ciente de difusión" los sistemas con alores más altosde este 3ltimo indicaran -ue el sistema presenta mayor facilidad )acia elmecanismo de transporte molecular difusio.#l coe*ciente de difusión es una propiedad del sistema -ue depende de la

presión" temperatura" composición y de la naturaleza de los compuestos.

1. #n $eneral" los coe*cientes de difusión son los más altos en los gases ylos más bajos en los sólidos. Los coe*cientes de difusión de los $ases son

mayores -ue los de los l!-uidos en arios órdenes de ma$nitud.2. Los coe*cientes de difusión se incrementan con la temperatura. 0ore&emplo" el coe*ciente de difusión del car%ono a tra/s del )ierro" en eltranscurso de un proceso de endurecimiento" se incrementa )asta 7 888eces conforme se elea la temperatura desde 988C )asta ; 888C.Como es de esperar" de acuerdo con la moilidad de las mol/culas" los

coe*cientes de difusión son $eneralmente mayores en $ases" -ue en

l!-uidos" -ue son mayores a los alores o%tenidos en sólidos.

DEMOSTRACIÓN DEL CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE DIFUSIVIDADPOR MEDIO DE LA CELDA DE ARNOLD.

#l coe*ciente de difusión" para un sistema $aseoso" puede ser medido

e(perimentalmente en una celda de difusión de 4rnold. Consta de un tu%o

an$osto parcialmente lleno con l!-uido puro 4" +*$ura ;," el cual se

mantiene a temperatura y presión constante por medio de un %a de%e

tener una solu%ilidad desprecia%le en el l!-uido 4 al tiempo -ue de%e ser

inerte -u!micamente a /l. #l componente 4 se aporiza y difunde dentro de

la fase $aseosa La elocidad de aporización de 4" puede ser e(presada

matemáticamente en t/rminos del u&o másico o molar.


5/15

Considere la celda de difusión de 4rnold mostrada en la *$ura ;"

conteniendo un li-uido solente 4. La temperatura y la presión de la celda

se mantienen constantes tanto como sea posi%le. Un u&o constante de $as

insolu%le = -ue pasa en la parte superior de la celda esta%lece una pel!cula

estancada por encima del l!-uido. #l apor de 4 difunde )acia arri%a a

tra/s de esta pel!cula y se mezcla con = puro en la parte superior de lacelda. #n el tiempo t la celda tiene la profundidad de la interfaz ?i" medida

desde la parte superior de la celda )asta la %ase del menisco del l!-uido.

Usando un estado casi estacionario de la solución ideal -ue re$ulan la

profundidad de la interfaz se puede desmostar -ue:

O=@#TIAO':

• Determinar los coe*cientes de transferencia de masa usando celdas de4rnold.

B4T#RI4L#'

;. 0ie de Rey.. Termómetro.

. Celda de 4rnoldE. Cloroformo9. 4cetona7. Fe(anoG. Betil Iso%util CetonaH. 0ipeta 0asteur de idrio.. Cronometro.

0ROC#DIBI#NTO.


6/15

;. 0reparar un %a


7/15

Tabla 2.C!l"a# "! Ar$ol" %r!&a# al baño 'ar(a.


8/15

Tabla ). C!l"a "! Ar$ol" 'o$*a"a !$ baño 'ar(a + r!,b!$"o ,orr!$*! "! ar!.


9/15

Cálculos:

Para calcular el flux de moles se tiene:

Donde CA es la concentración del líquido y L es ladiferencia de distancias entre la interfase de inicio y la

final

N"# CA$ %CA L⋅

&'()*+

Se tiene la ecuación para la velocidad de transferencia en la intefase L-V:

N"# CA$ %CA D",⋅

#2 #-−$ %./

X,-

X,2

⋅

Con la ecuación de as ideal:

CAP

R T⋅

Sustituyendo y despe!ando Da":

D", 2 -−$ % N"⋅ R ⋅ T⋅

P ./ *,2

*,- ⋅

0)2

1⋅

Donde:#$ - #% & distancia de la interfase al "orde superior del tu"oP & presión del sistema' & temperatura del sistemap"$ & presión del sistemap"% & presión de vapor del compuesto líquido & presión del sistema (presión de vapor


10/15

4cetona:

CA

!3

3 4!- !3+$ %⋅

-!42

-5 4!- -!42+$ %⋅

2!22

26 4!- 2!22+$ %⋅

:= * !273:=

D", * CA,$ % CA !52$ % 268 95+$ %⋅

!6365 ./ !6563

!6365 *− ⋅

:=

D", * CA,$ %4!66 -

9−

×4!82 -

9−×

7!383 - 9−×

=


11/15

Cloroformo:

B#TILI'O=UTILC#TON4:

CA

!--2

3 4!- !--2+$ %⋅

!289

-5

4!- !289+$ %⋅

!82

26 4!- !82+$ %⋅

:= * !432:=

D", * CA,$ % CA !52$ % 268 95+$ %⋅

!6365 ./ !6563

!6365 *− ⋅

:=

D", * CA,$ %

-!26 - 7−×

-!878 -

7−

×-!27 -

7−×

=

CA

3 4!- +$ %⋅

!88

-5 4!- !88+$ %⋅

!67

26 4!- !67+$ %⋅

:= * !459:=

D", * CA,$ % CA !52$ % 268 95+$ %⋅

!6365 ./ !6563

!6365 *− ⋅

:=

D", * CA,$ %

2!- - 7−

×

8!297 - 7−

×

=


12/15


13/15

Fe(ano:

Resultados:

ACETONA CLOROFORMO METILISOBUTILCETONA

-EANO

G8.8Hcm G8.8Hcm G8.8Hcm G8.8Hcm7.;Hcm 7H.7cm G8.8Hcm G8.8Hcm

7H.E7cm 7G.GEcm 7.G9cm 7.;cm7G.H7cm 77.HHcm 7.cm 7H.cm

Difusión de los si$uientes compuestos en aire en función de su concentración

en la interfaseK:

ACETONA CLOROFORMO METILISOBUTILC -EANO

CA

3 4!- +$ %⋅

!37

-5

4!- !37+$ %⋅

-!57

26 4!- -!57+$ %⋅

:= * !79-:=

D", * CA,$ % CA !52$ % 268 95+$ %⋅

!6365 ./ !6563

!6365 *− ⋅

:=

D", * CA,$ %

-!37 - 9−

×

-!48 - 9−×

=


14/15

ETONA/.0 10345

CA;.9 (;8M9 C4

8 8

/.0)2 10345CA

;.E ( ;8M9 C4.8; ( ;8M9 C4 ;.9 ( ;8ME C4

6.7)7 10345CA ;. ( ;8M9 C4 .E ( ;8M9 C4 ;.78 ( ;8MEC4 KTodas las difusiones presentadas en esta ta%la están en función de la

concentración -ue se ocupa en el e(perimento por lo tanto

tiene unidades de:0)

2)

8⋅1 )+.⋅


15/15

Conclusión y análisis de resultados

#l principal pro%lema -ue tuimos en esta práctica es la falta de un material de

apoyo como siempre lo )a sido el manual" de%ido a esto durante la práctica no

medimos las concentraciones de la sustancias utilizadas y al momento de

)acer los cálculos nos dimos cuenta de la falta de este dato" por lo -ue

procedimos a de&ar los resultados en función de la misma concentración. 'in

em%ar$o a pesar de esto pudimos o%serar en la tendencia en -ue los

coe*cientes de transfer!a por difusiidad -ue o%tuimos" o%seramos un

comportamiento muy similar a la isto prácticamente" por e&emplo en la

acetona y el )e(ano en la primera medición de ;9 minutos a 98C estos no

ariaron una cantidad de masa medi%le por lo -ue por ló$ica decimos -ue no

e(istió una transferencia de masa y en efecto los resultados nos arro&an una

difusiidad de 8 para am%os casos" en conclusión se cumplió con la meta

esta%lecida sin em%ar$o es importante medir la concentración para as! poder

comparar con alores ya reportados y sa%er en el mar$en de error donde nos

encontramos

=i%lio$raf!a

POLING, BRUCE; PRAUSNITZ, JOHN & O'CONNELL, JOHN. "The Properties of Gases and Liquids". 5th

edition. McGraw Hill. New York. 2001

Fenómenos de Transporte, R.B. Bird., W.E. Stewart, E.N. Lightfoot

Operaciones de Transferencia de Masa, Robert. E Treybal.

Transferencia de Calor y Masa, Yunus A. Cengel.

.

Documents

Practica Arnold