Post on 04-Apr-2018
transcript
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
1/66
UNIVERSIDAD DE CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENEIRA
QUMICATRANSFERENCIA DE MASA II
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
2/66
OBJETIVOS
Adquirir los fundamentos ingenieriles de las operaciones deseparacin (extraccin lquido lquido, lixiviacin, Humidificacin,secado entre otros) mediante el uso de conceptos termodinmicos,estequio mtricos y fenmenos de transporte para el diseo yanlisis de estos procesos.
Conocer los conceptos bsicos de transferencia de masa enprocesos industriales. Dominar tcnicas para solucin de problemas en Ingeniera
Qumica, teniendo en cuenta el proceso a estudiar. Proporcionar una expresin exhaustiva de los conceptos de las
ecuaciones de balance. Desarrollar un marco de referencia sistemtico para el anlisis de la
informacin y las especificaciones concernientes a los diagramas deflujo.
Desarrollar algoritmos que permitan resolver en la computadoraproblemas de transferencia de masa.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
3/66
CONTENIDO
HUMIDIFICACIN.Definicin.Equilibrio V-L.
Entalpa de sustancias puras.Mezcla vapor-gas.Humedad absoluta, humedad relativa, humedadporcentual, calor hmedo y volumen hmedo,
temperatura de saturacin adiabtica, diagrama dehumedad, temperatura de bulbo seco y de bulbohmedo, medida de la humedad, descripcin deequipos utilizados.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
4/66
CONTENIDO
SECADO.Equilibrio. Definiciones.Fundamentos
velocidad de secadohumedad crticaclculo del tiempo de secado en condiciones desecado constante
tiempo de secado en condiciones de secadovariable.Secado por lotes.Secado contino.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
5/66
CONTENIDO
EXTRACCIN LIQUIDO-LIQUIDO.
Fundamentos
equilibrio en sistemas de tres componenteseleccin del solvente, balance de materiales
solucin grfica de los procesos
procesos de una sola etapa y de etapasmltiples
procesos de contacto continuo en
contracorriente con o sin reflujo.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
6/66
CONTENIDO
LIXIVIACIN.
Definicin
Tipos de procesosEquilibrio, retencin, balance de materia, clculode nmero de etapas, mtodos numricos y
grficas.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
7/66
CONTENIDO
INTERCAMBIO INICO.
Adsorcin (qumica y fsica)
Isotermas de adsorcinEcuaciones de LANGMUIR y FREUNDLICH
Ecuacin diferencial bsica del intercambio
inico, lechos empacados
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
8/66
CONTENIDO
EVAPORACIN.
Fundamentos, caractersticas del lquido
Evaporacin de efecto simple y mltipleTipos de evaporadores, elevacin del punto deebullicin, regla de Duhring, balance de
entalpa, clculo de un simple efecto, clculo deevaporadores de mltiple efecto.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
9/66
BIBLIOGRAFA
MC CABE, W. SMITH, J. Operaciones Bsicas de IngenieraQumica.Mc Graw-Hill.1991PERRY, J.H Manual del Ingeniero Qumico. Ed McGraw Hill .Mxico.1992.
TREYBAL, Robert E. Operaciones de Transferencia de Masa.Ed. McGraw Hill. Mxico. 1988.GIAMKOPLAS. Procesos de Transporte y OperacionesUnitarias. 2 Edicion. Editorial Continental. Mxico.1995.GASTO LOPEZ. Introduccin a los procesos, las operaciones
unitarias y los fenmenos de transporte en IngenieraQumica. Editorial Reverte. 1984Revistas Especializadas: Chemical Engineering, HidrocarbonProcessing, Industrial & Engineering Chemical, AICHE Journal,etc.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
10/66
EVALUACIN
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
11/66
QU ESINGENIERIA QUMICA?
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
12/66
Segn el Instituto Americano de IngenierosQumicos:
La Tcnica es el campo de la actividadhumana en que los conocimientos de lasCiencias Fsicas, Naturales y Econmicas se
aplican a la consecucin de fines tiles.Dentro de este campo, la Ingeniera
Qumica, trata de la modificacin de:composicin, contenido energtico, o deestado fsico que puedan experimentar las
sustancias.Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
13/66
Segn los profesores Cathala y Letort, del
Instituto de Ingenieros Qumicos deToulousse:
Ingeniera Qumica, es el arte de concebir,
calcular, proyectar, hacer construir y hacerfuncionar las instalaciones donde se pueda
llevar a cabo, a escala industrial, unareaccin qumica, o cualquier operacinfsica de separacin inmediata
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
14/66
CUL ES
ENTONCES LA
MISION DEL
INGENIERO
QUMICO?Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
15/66
OBJETIVOS DE LA ING. QUMICA1) El desarrollo de procesos qumicos (diseo, construccin, operacin,
control, optimizacin, mejora, cambio de escala, investigacin....).
2) Estos procesos conllevan un importante consumo energtico con el consiguienteagotamiento de los recursos naturales, por lo que el desarrollo de nuevosrecursos energticos se est convirtiendo en una importante tarea para laIngeniera Qumica.
3) A su vez, la creciente preocupacin por el medio ambiente, desarrollo sostenibley el endurecimiento de la legislacin medioambiental requiere el desarrollo y lamejora de tecnologas para la eliminacin de residuos lo que estconvirtiendo a la ingeniera medioambiental en un campo de la ingeniera qumica enexpansin.
4) Otro rea que est experimentando un fuerte desarrollo son los procesos que
incluyen tratamientos de tipo biolgico.
5) La necesidad de procesos ms eficientes y las nuevas tecnologas requieren a suvez el desarrollo de nuevos materiales.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
16/66
Desarrollo de los procesosindustriales, transformando
cualquier concepcin delaboratorio en un procesode fabricacin eficaz
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
17/66
Fabricacin de sal comn:
Transporte de lquidos y slidos.
Transmisin de calor.
Evaporacin. Cristalizacin.
Secado. Tamizado.
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
18/66
Craqueo de alguna fraccinpetrolfera, con o sin catalizador:
Transporte de fluidos y slidos.
Destilacin, absorcin, etc.
Diversas operaciones mecnicas.
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
19/66
OPERACIONES UNITARIAS ENINGENIERIA QUIMICA
Las operaciones unitarias estudianprincipalmente la transferencia y los
cambios de energa Transferencia y los cambios de materiales
que se llevan a cabo por medios fsicos,pero tambin por medios fisicoqumicos
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
20/66
TIPOS DE OPERACIONES
Clasificacin en funcin del modo de operacin
Rgimen
estacionario
Rgimen
no estacionario
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
21/66
TIPOS DE OPERACIONES
Clasificacin en funcin del modo de operacin
Rgimen
no estacionario
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
22/66
VENTAJAS YDESVENTAJAS DE LAS
OPERACIONESCONTINUAS RESPECTO
A LAS DISCONTINUAS
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
23/66
Economa de escala (grandesproducciones)
Fcil recuperacin o aportacin de calor
Mayor uniformidad de los productosMayor produccin por unidad de volumenReduccin de la mano de obra (automatizacin)
Eliminacin de tiempos muertos (carga y descarga)
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
24/66
-Se requiere uniformidad de composicin de materiasprimas y reaccionantes
-Difcil versatilidad (adaptacin de la produccin al
consumo-Arranque y parada complicada (grandesinstalaciones)
-Equipo de instrumentacin y control costoso
ELEVACIN DE COSTOS
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
25/66
EJEMPLOS DE APLICACIN DELOS DISTINTOS
TIPOS DE OPERACINOPERACIN CONTINUA:
- Productos qumicos bsicos, tanto orgnicos como
inorgnicos. cidos, bases, etileno, propileno, amoniaco...y sus derivados.
- Rectificacin del crudo en las refineras de petrleo.
- Absorcin para la preparacin de cidos sulfrico yntrico.
- Extraccin de aromticos, previa a la formulacin de
aceites lubricantes.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
26/66
EJEMPLOS DE APLICACIN DELOS DISTINTOS
TIPOS DE OPERACINOPERACIN DISCONTINUA:
Es adecuada cuando se opera a pequea escala, se fabrican
compuestos de alto valor aadido o existen algunas condicionesespecficas del producto (corrosin, etc.) que motiven que lasparadas hayan de ser frecuentes.
- Fabricacin de colorantes y productos farmacuticos.
- Cristalizacin en balsas empleadas para la produccin de sal.
- Filtracin para separaciones en la industria agroalimentarias.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
27/66
EJEMPLOS DE APLICACIN DELOS DISTINTOS
TIPOS DE OPERACIN
- Lixiviacin de minerales.
- Secado de materiales en corriente
de aire
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
28/66
Clasificacin en funcin del contacto entre fases
CONTACTO CONTINUO
CONTACTO DISCONTINUO
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
29/66
Clasificacin en funcin del tipo de circulacin
Operacin conflujoen paralelo
Las dos fases fluyenen el mismo sentido
Operacin conflujoen contracorriente
Las fases fluyen ensentido contrario
Operacin conflujocruzado
Las fases fluyen de formaperpendicular
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
30/66
Clasificacin de las
operaciones unitarias
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
31/66
Ing. RODRIGO R. RICARDO P.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
32/66
OPERACIONES BSICAS DE SEPARACIN
Absorcin-desorcin:
Consiste en la transferencia selectiva de uno o ms componentes deuna mezcla gaseosa a un disolvente lquido de reducida volatilidad oviceversa.
Rectificacin:En la destilacin el contacto se realiza entre una mezcla en faselquida y una mezcla en fase vapor generada por ebullicin dellquido pero que no se encuentran inicialmente en el equilibrio,
a consecuencia de ello, la fase vapor se condesa parcialmente yla fase lquida se vaporiza tambin parcialmente de modo quetras el contacto entre ambas el vapor se enriquece en loscomponentes ms voltiles de la mezcla y el lquido lo hace en
los menos voltiles.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
33/66
Operaciones de interaccin aire-agua:Humidificacin y deshumidificacin de aire y enfriamiento de agua:En ellas el vapor de agua equivalente al componente voltil pasa deuna fase a otra con el consiguiente efecto trmico del elevado calorlatente de vaporizacin/condesacin.
Evaporacin:
Consiste en eliminar parte del disolvente de una disolucin porebullicin de sta, separando el vapor generado. As la disolucinresulta concentrada en el soluto no voltil. La diferencia con ladestilacin/rectificacin es que slo hay un componente voltil.
Operaciones lquido-lquido:
Extraccin: Se ponen en contacto dos mezclas lquidas inmisciblescon objeto de transferir uno o varios componentes de una fase a
otra.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
34/66
Operaciones lquido-slido:
Lixiviacin: es una extraccin lquido-slido, es laseparacin de uno o varios solutos contenidos en unafase slida mediante su contacto con un disolvntelquido que lso disuelve selectivamente.
Adsorcin: esta puede ser tambin gas-slido. Uno oms componentes de una mezcla gaseosa o lquida seadsorben preferentemente sobre la superficie de unslido, separndose as del resto de los componentes.
A diferencia de la absorcin donde los componentes seincorporan a toda la masa del lquido aqu loscomponentes se incorporan slamente a la superficie dela fase receptora.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
35/66
Intercambio inico: Es similar a la adsorcinpero lo que se transfiere del lquido al slido
son especies inicas en la fase lquida.Cristalizacin: aqu se produce la transferenciade un soluto desde una disolucin a una fase
slida cristalina del mismo mediante uncambio en la temperatura y/o en laconcentracin.
Secado: en el secado se separa un lquidovoltil de un slido no voltil porvaporizacin.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
36/66
HUMIDIFICACIN
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
37/66
HUMIDIFICACIN
Operacin unitaria en la quetiene lugar una transferencia
simultnea de materia y calor sinla presencia de una fuente de
calor externa
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
38/66
FUNDAMENTOS DE LAHUMIDIFICACIN
La transferencia simultnea demateria y calor en la operacin de
humidificacin tiene lugar cuandoun gas se pone en contacto con un
lquido puro, en el cual esprcticamente insoluble.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
39/66
APLICACIONES DE LA HUMIDIFICACIN
Este fenmeno nos conduce a diferentesaplicaciones adems de la humidificacin del gas:Deshumidificacin
Enfriamiento de gas (acondicionamiento degases)Enfriamiento de lquido
Permite la medicin del contenido de vapor en elgas.Su principal aplicacin industrial es el
enfriamiento de agua de refrigeracin
OPERACIN DE HUMIDIFICACIN
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
40/66
OPERACIN DE HUMIDIFICACIN
1- Una corriente de agua caliente se pone en
contacto con una de aire seco (o con bajo contenidoen humedad), normalmente aire atmosfrico.
2- Parte del agua se evapora, enfrindose as lainterfase.
3- El seno del lquido cede entonces calor a la
interfase, y por lo tanto se enfra.
3- A su vez, el agua evaporada en la interfase se
transfiere al aire, por lo que se humidifica.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
41/66
(
calor
agua
Aire seco
Aire hmedo Agua caliente
Agua fra
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
42/66
COMO OCURRE EL
PROCESO DEDESHUMIDIFICACIN?Agua fra se pone en contacto
con aire hmedo
La materia transferida entre las fases es la sustancia
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
43/66
La materia transferida entre las fases es la sustanciaque forma la fase lquida, que dependiendo de cmoestemos operando, o se evapora (humidificacin), o
bien se condensa (deshumidificacin.)
Existen diferentes equipos de humidificacin, entre
los que destacamos las torres de enfriamiento porsu mayor aplicabilidad. En ellas, el agua sueleintroducirse por la parte superior en forma de lluviaprovocada, y el aire fluye en forma ascendente, deforma natural o forzada. En el interior de la torre seutilizan rellenos de diversos tipos que favorecen elcontacto entre las dos fases.
CONCEPTOS BASICOS
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
44/66
CONCEPTOS BASICOS1- HUMEDAD MOLAR
2- HUMEDAD ABSOLUTA3- HUMEDAD RELATIVA4- HUMEDAD PORCENTUAL
5- PUNTO DE ROCIO6- VOLUMEN ESPECFICO7- CALOR ESPECFICO
8- ENTALPA ESPECFICA9- TEMPERATURA HUMEDA10- TEMPERATURA DE SATURACIN
ADIABATICA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
45/66
RECORDEMOS
Para una mezcla gaseosa que tenga uncomportamiento ideal la presin total de lamisma est dada por:
Por la ley de DALTON complementamos que:
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
46/66
HUMEDAD
TRMINO EMPLEADO PARA INDICAR LACONCENTRACIN DEL VAPOR EN EL GAS
HUMEDAD MOLAR
RELACIN ENTRE EL NMERO DE MOLES DEL
GAS Y EL VAPOR CONTENIDOS EN UNA MEZCLAGASEOSA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
47/66
HUMEDAD ABSOLUTA
RELACIN ENTRE EL PESO DEL VAPOR Y EL DEL GASCONTENIDOS EN UNA MEZCLA GASEOSA
PARA EL CASO EN EL QUE EL GAS EST SATURADOCON VAPOR SE PUEDEN EMPLEAR LAS MISMAS
ECUACIONES PERO CAMBIANDO LA PRESIN DEVAPOR POR LA TENSIN DE VAPOR A LATEMPERATURA DE LA MEZCLA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
48/66
HUMEDAD RELATIVA
RELACIN EXISTENTE ENTRE LA PRESINPARCIAL DEL VAPOR Y LA TENSIN DEL VAPOR ALA MISMA TEMPERATURA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
49/66
HUMEDAD PORCENTUAL
RELACIN ENTRE LA HUMEDAD EXISTENTE ENLA MASA GASEOSA Y LA SE PRESENTARA SIESTUVIERA SATURADA:
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
50/66
EJEMPLO 1
UNA MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA CONTIENE EL30% EN VOLUMEN DE VAPOR DE AGUA A 85c Y UNA750mmHg, DETERMINE LA HUMEDAD RELATIVA Y LA
HUMEDAD PORCENTUAL.
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
51/66
PUNTO DE ROCIO
TEMPERATURA QUE ALCANZA LA MASA DE UN GASHUMEDO EN LA SATURACIN POR ENFRIAMIENTO APRESIN CONSTANTE
VOLUMEN ESPECFICO DEL GAS HUMEDO
VOLUMEN OCUPADO POR LA MEZCLA QUE CONTIENE 1 KGDE GAS
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
52/66
CALOR ESPECFICO DEL GAS HUMEDO
CANTIDAD DE CALOR QUE SE REQUIEREADICIONAR A UN KILOGRAMO DE GAS Y ALVAPOR QUE CONTIENE PARA ELEVAR EN 1C LA
TEMPERATURA MANTENIENDO LA PRESINCONSTANTE
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
53/66
ENTALPA ESPECFICA
SUMA DEL CALOR SENSIBLE DE UN KILOGRAMO DEGAS Y EL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN DELVAPOR QUE CONTIENE A UNA TEMPERATURA
DETERMINADA
EJEMPLO 2-3
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
54/66
EJEMPLO 2-3
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
55/66
TEMPERATURA HUMEDA
TEMPERATURA LMITE DE ENFRIAMIENTOALCANZADA POR UNA PEQUEA MASA DELQUIDO EN CONTACTO CON UNA GRAN MASA
DE GAS HUMEDO
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
56/66
TEMPERATURA DE SATURACIN
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
57/66
TEMPERATURA DE SATURACINADIABTICA
TEMPERATURA ALCANZADA POR UNA MASA DEGAS CUANDO SE PONE EN CONTACTO CON UNLQUIDO EN CONDICIONES ADIABTICA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
58/66
DIAGRAMA DE MOLLIER
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
59/66
CARTA PSICROMETRICA
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
60/66
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
61/66
EJEMPLO 4
Hoy en el informe del tiempo se ha sealado que enla ciudad habr una temperatura de 32,5 [C] yuna h R = 80%. Tambin se inform que durante
la noche la temperatura bajar hasta 20,3 [C] y lapresin baromtrica es y ser de 760 [mm Hg]. i) Seproducir roco?, y si es as, ii) Qu Porcentajedel agua de la atmsfera se depositar cmo roco?
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
62/66
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
63/66
EJEMPLO 5
Aire hmedo a 30C y 90% de humedadrelativa ingresa a un deshumificador a
razn de 200 m 3 /min. El agua condensay el aire saturado sale a 10C a unapresin de 1 atm. Determine el flujo msico
de agua condensada.
El aire en las condiciones de presin y temperatura del
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
64/66
El aire en las condiciones de presin y temperatura delproblema puede ser considerado como un gas ideal,
para el que se cumple PV=nRT
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
65/66
EJEMPLO 6
Se requiere secar un mineral que contiene25% de humedad con aire ambiental (25 C y30% h R ). Se tiene 1 ton de mineral y se desea
bajar su humedad al 4%. Cunto aire senecesita?
7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN
66/66