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Dirección: Dirección: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293 Contacto: Contacto: [email protected] Tesis de Posgrado Tecnología de sistemas Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : discontínuos sólido-fluído : Transferencia de materia en Transferencia de materia en sistemas que involucran difusión y sistemas que involucran difusión y reacción química reacción química Trabucchi, Marcos 1963 Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en Ciencias Químicas de la Universidad de Buenos Aires Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente. This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis Federico Leloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the corresponding citation acknowledging the source. Cita tipo APA: Trabucchi, Marcos. (1963). Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia de materia en sistemas que involucran difusión y reacción química. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1144_Trabucchi.pdf Cita tipo Chicago: Trabucchi, Marcos. "Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia de materia en sistemas que involucran difusión y reacción química". Tesis de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 1963. http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1144_Trabucchi.pdf

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Di r ecci ó n:Di r ecci ó n: Biblioteca Central Dr. Luis F. Leloir, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. Intendente Güiraldes 2160 - C1428EGA - Tel. (++54 +11) 4789-9293

Co nta cto :Co nta cto : [email protected]

Tesis de Posgrado

Tecnología de sistemasTecnología de sistemasdiscontínuos sólido-fluído :discontínuos sólido-fluído :Transferencia de materia enTransferencia de materia en

sistemas que involucran difusión ysistemas que involucran difusión yreacción químicareacción química

Trabucchi, Marcos

1963

Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en CienciasQuímicas de la Universidad de Buenos Aires

Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la BibliotecaCentral Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe seracompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente.

This document is part of the doctoral theses collection of the Central Library Dr. Luis FedericoLeloir, available in digital.bl.fcen.uba.ar. It should be used accompanied by the correspondingcitation acknowledging the source.

Cita tipo APA:Trabucchi, Marcos. (1963). Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferenciade materia en sistemas que involucran difusión y reacción química. Facultad de CienciasExactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1144_Trabucchi.pdf

Cita tipo Chicago:Trabucchi, Marcos. "Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia demateria en sistemas que involucran difusión y reacción química". Tesis de Doctor. Facultad deCiencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 1963.http://digital.bl.fcen.uba.ar/Download/Tesis/Tesis_1144_Trabucchi.pdf

Page 2: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

U N I V E R S I D L D D l B U E N O S A I R E S

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

TECNOLOGIA DE SISTEMAS DISCONTINUOS SOLIDO-FBUIDO

Transferencia de materia en sistemas que

involucran difusión y reacción quimica

MARCOS TRABUCCHI

Resumende Tesis presentada para cptar

al título de Doctor en Quimica

Año 1963

Page 3: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

El trabajo realizado es un aporte al estudio de la transferencia demateria entre fases, en particular, en un sistema discontinuo solido-flui­do.

En el presente trabajo se estudia 1a transferencia de materia sin y

con reacción quimica, en un sistema de cilindros coaxiales rotatorios.

Para el primer caso se busca una expresión que vincule los números adimen­

sionales característicos del sistema, o sea Sh, Be, Sc y los factores de

forma que se refieren al uso de cortacorrientes en distinto númeroy ta­

maño, y a la variación de la relación de diámetros de los cilindros.Entre las teorias sobre transferencia de materia sin reacción quimi­

ca, las de la película laminar de Whitman-Lewis,de la renovación de la

superficie de Danckwerts,y la reciente de la pelicula turbulenta,son las

que han tenido más aplicación en Tecnologia.

Desde hace tiempo ha sido reconocido que el modelo de Whitman-Lewis

es una descripción sobresimplificada del mecanismode la transferencia de

materia entre fases, siendo, en particular, deficiente en la relación de

los coeficientes de transferencia de materia con la difusividad molecular,prediciendo incorrectamente una dependencia de primer orden.

Si es aplicable 1a teoria de la renovación de la superficie paraexplicar la transferencia de materia, el exponente del númerode Schmidt

en una correlación general de los números adimensionales antes menciona­

dos, debe ser 0,5, En cambio, si es aplicable la teoria de la peliculaturbulenta, el exponente deberá ser 1/3.

En transferencia de materia con reacción quimica se estudia una

reacción de segundoorden, rápida e irreversible, El control es difusio­nal.

Se busca la forma de 1a función <P(Sh',Re,So ,ScB,cBL/cAi) = 0 sienA

do Sh' el número de Sherwoodpara transferencia de materia con reacción

qpimica y oBL/cAi la razón de las concentraciones de B en el seno del

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fluido y de A en la interfase.Ia expresión más conveniente es en términos del factor de reacción

FR comofunción explicita de las demásvariables.las distintas teorias que explican la transferencia de materia con

reacción quimica conducen a expresiones del factor de reacción comofun­

ción de SCA/ScB(que es lo mismo que DB/DA)y cBL/cAi. Esto significa que

el Re no es un parámetro que afecte FR.Las más importantes son las de Hatta, que es una aplicación de la

teoria de la película laminar al caso en que hay reacción quimica, la de

Meyerinky Friedlander, basada en la clásica teoria de Nernst-Brunner de

la reacción controlada por la difusión, y la de Sherwoody Ryan, basada

en un modelode pelíiula turbulenta. Todas llevan a una expresión del ti­

po: mS c Sc

FR= (1 . .1; mania]ScB oAi ScA

siendo, el valor de m, de acuerdo a 1a distintas teorías: cero, según 1a

primera; el exponente del So para transferencia sin reacción química, se­

gún la segunda, y 1/3 según 1a tercera.

En el caso, comoel presente, que la reacción quimica comprendaes­

pecies iónicas, hay difusión de iones que es importante tener en cuenta,pues cada especie iónica en presencia de otras, puede difundir a veloci­

dades que son bastante diferentes de las que difundiria si fuera la única

especie del medio. Por lo tanto los coeficientes de difusión, y en conse­

cuencia los números de Schmidt, deben ser corregidos para tener en cuentaesos efectos iónicos.

El efecto de los cortacorrientes no ha sido estudiado nunca en un

sistema comoel usado en el presente trabajos Existen antecedentes biblio­

gráficos sobre el uso de cortacorrientes en sistemas de otro tipo, espe­

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cialmente en sistemas de particulas que se disuelven sin reacción química

en liquidos agitados, en cuyo caso el efecto de los cortacorrientes depen­

de de la velocidad de agitación y del tipo de agitador usados.El efecto de la variación de la relación de diámetros de los cilin­

dros ha dido estudiado sin el uso de cortacorrientes, resultando que no

influye sobre la velocidad de transferencia de materia.

En el presente trabajo se estudió la disolución de ácido benzoico

en agua, agua-glicerina, HONa-agua,HONa-agua-glicerina. La glicerina se

usó para aumentar la viscosidad del liquido, y por lo tanto, el númerodeSchmidt.

El equipo utilizado consta esencialmente de un cilindro interior

rotatorio (rotor) y de un cilindro exterior (recipiente) que contiene el

liquido; El rotor está formadopor un eje sobre el cual se calza una pro­

beta anular de ácido benzoico entre anillos similares de acero inoxidable,

que tienen comoobjeto prolongar el cilindro rotor,de tal modoque las

bases se hallen alejadas de la superficie soluble, y por lo tanto no in­

troduzcan efectos extraños que afecten el flujo hidrodinámico de la zona

donde se produce la transferencia de materia. Coneste artificio es posi­

ble aproximarseal limite teórico de cilindros infinitamente largos.

Se usan dos tamaños de rotor, uno el doble del otro en diámetro yaltura, para verificar el cambiode escala.

Para los cálculos se usaron valores de las constantes fisicoquimicas

determinados experimentalmente,cuandono se hallaron en la bibliografía.

Se trabajó a Re comprendidos entre 4 x lO3 y 106, y a ScA compren­

dido entre 800 y 10900. (Camponente A - ácido benzoioo; B a HONa).Se realizaron experiencias sin cortacorrientes y con ellos; En este

caso se usaron entre 2 y 24 cortacorrientes de un tamaño tal que la rela­

ción entre el ancho de los mismosy el espesor de la capa de líquido com­

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prendida entre el rotor y la pared del recipiente, se varió entre 0,13y 0,95. Se observó que la inserción de cortacorrientes no va acompañada

por variación alguna de la velocidad de transferencia de materia tanto

con comosin reacción quimica. Este hecho, que es muydificilmente expli­

cable por la teoría de la pelicula laminar, puede ser, en cambio, inter­

pretado en términos de la teoria de la renovación de la superficia, di­

ciendo que la Velocidad de renovación superficial no es afectada por la

presencia de cortacorrientes.Se puede demostrar, que en régimen turbulento, el coeficiente de

transferencia de materia es igual a la velocidad media de las fluctuacion

nes y en consecuencia cualquier factor que promuevalas fluctuaciones en

un determinado punto, incrementará el coeficiente de transferencia de ma­

teria en ese punto. El hecho observado de que los cortacorrientes no afec­

tan la velocidad de transferencia de materia,se puede interpretar enton­

ces, comodebido a que los cortacorrientes producirian fluctuaciones de

la velocidad del fluido en el seno de éste, pero que no llegarían hasta

la interfase misma,no afectándose por lo tanto el coeficiente de trans­ferencia.

Tampocola relación de diámetros de los cilindros interior y exte­

rior es un factor que tiene influencia sobre la velocidad de disolución

con y sin reacción quimica, hecho que se puede explicar de la mismama­

nera que la ausencia de efecto de los cortacorrientes,

La expresión de los resultados de la transferencia de materia sin

reacción quimica en forma de una correlación general del tipo

Sh = mo Rem1 Sem2 es solamente una aproximación, ya que el exponente del

‘He no esagealidad una constante, sino una función del mismoRe; es decir,

la representación de Sh/Scm2en función de Re no es una recta en un grá­

fico doble logaritmico. Unamejor aproximación es suponer una parábola

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en vez de una recta.

Por el método de cuadrados minimos de determinó esa función, suponien­

do: a) una relación lineal y b) una relación cuadratica, obteniéndose:Ecuación Desv.cuad.media Desv.máx.

a) sn = 0,00540 Reo’868 So°'5° 2 11,8% 53%

El exponente 0,50 del númerode Schmidt indica la posible aplicabili­

dad de la teoría de 1a renovación superficial a la transferencia de materia

sin reacción quimica.

Los resultados experimentales de la transferencia de materia con re­

acción quimica, expresados en términos de FR en función de cBI/cAi y

SOA/SCB,comparadoscon las distintas teorias, indican la mejor aplicabili­dad de la teoría de la pelicula turbulenta teniendo en cuenta los efectos de

la presencia de iones. Es decir,1a ecuación aplicable sería:

(er/Ke)”ScA ScB cAi

donde los números de Schmidt están calculados en base a coeficientes de di­

FR =

fusión corregidos para considerar los efectos iónicos y viscosos.El cambiode escala ha sido satisfactorio en todos los casos.

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WMWERSHDAID) DE BUENOS ARIES

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

TECNOLOGIA DE SISTEMAS DISCONTINUOS SOLIDO-FLUIDO

Transferencia de materia en sistemas queinvolucran difusión y reacción qufmica

MARCOS TRABUCCI-[I

TESIS PRESENTADA PARA OPTAR AL TITULO

DE DOCTOR EN QUIMICA

AÑO 1963

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Director de Tesis: Dr. Jorge J. Ronco

Este trabajo fue realizado mediante un subsidio otorgado por el Consejo

Nacional de Investigaciones Cientificas y Técnicas

de la República. Argentina.

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A mis padres

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ïwïmngfimn¿LW1.1. 00.00.0000...OOOOOOOOOCOOCÜOÜOÚ.OOCICOÓOOOOOOOOOOOMg.

1.2. SISTEMAS UTILIZADOS PARA EL ESTUDIO DE LOS FENOMENOSDE TRANSFERENCIA

1.2.1. Sistemade cilindros concóntricosrotatorios ....................

1.3. TEORIASSOBRELA TRANSFERENCIADEMATERIA...........................

1.3.1. Transferenciade materiasin reacciónquimica...................

1.3.2. Transferenciade materiaconreacciónquimica...................

1.4. TECNOLOGIADELA TRANSFERENCIADEMATERIA...........................

1.4.1. Transferenciade materiasin reacciónquimica...................

1.4.2. Transferenciade materiaconreacciónquimica...................

1.5. USODECORTACORRIENTES..............................................

1.6. VARIACIONDELDIAMETRODELCILINDROEXTERIOR........................

2. PARTE EXPER T

2.1. INTRODUCCION........................................................2.2. DESCRIPCIONDELEQUIPO..............................................

2.2.1. Preparaciónde la probetade acido benzoico.....................

2.3. DETERMINACIONESEXPERIMENTAIES.......................................

2.4. METODODECALCULO...................................................2.4.1.Determinacióndesolubilidades..................................2.4.2.Determinacióndedifusividades..................................

2.5. ooooaooocoo-aOOOOOOIOIonIo.0.0.0.0.0000000000000.00.000000

2.6. DISCUSIONDELOSRESULTADOS.........................................

2.6.1.Efectodelos cortacorrientes...................................2.6.2. Variaciónde la relación de diámetrosde los cilindros...........

2.6.3. Correlación de los datos de transferencia de materia sin reacción

quimica.........................................................2.6.4. Datos de transferencia de materia con reacción quimica ..........

2.7.CONCLUSIONES........................................................

NOMENCLATURA....................................¿............................COCOIODOIOOOCOOOOOCOOOÓOOIOOOCOIOOI0...0.I...‘.....OU..ÜO..0.0.

(30wa

21

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63

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I. see . ee e ese e es}! :'e .'.t es e.- ee ¡.l. . . l. o ’ c 0 e l 5‘.o ala 0 a e a... OIeno-oo

.IO..

1.LWLa comprensión y el conocimiento del fenómeno de transferencia de materia en

tre fases es de fundamental importancia en la Tecnologia e Ingenieria Quimicapara el

estudio de operaciones tales comoabsorción, extracción, destilación, secado, inter­

cambioiónico, disolución y cristalización, y para los procesos quimicos que las in­

volucran.

Aunquelas operaciones industriales frecuentemente comprendendifusión y si

multánea reacción quimica, la mayoria de las investigaciones teóricas y experimenta­

les sobre transferencia de materia entre dos fases se han relacionado con la fisica

de 1a transferencia de una sola sustancia difundiendo. Recién a partir de Hatta, en

1928, se ha dado importancia al estudio de 1a reacción quimica simultánea con la di­

fusión.

La tendencia actual es estudiar la Tecnologia Fisica de la transferencia de

materia, reduciendo la Tecnologia Quimicaal estudio de los factores de reacción, los

cuales desempeñanun papel de factores de corrección por la presencia de la reacción

quimica.

El presente trabajo esta dedicadoa estudiar la transferencia de materia

con y sin reacción quimica en un sistema discontinuc solido-fluido.

Concretamentelos propósitos del presents trabajo son:

l) Verificar las correlaciones generales, Sh = moRemlScmz,existentes para disolu­

ción fisica es decir verificar los valores de m1y m2y sus intervalos de validez.

2) Generalizar esa correlación para variaciones de la geometria del sistema, es de­

cir, estudiar los efectos introducidos por:

a) la variación de la relación de los diámetros de los cilindros interior y exte­

rior.

b) la introducción de cortacorrientes, variandose su tamañoy su número.

3) Estudiar la transferencia de materia por difusión con siumltanea reacción quimica

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de 29 orden, rapida e irreversible, calculando los factores de reacción para cada sis­

tema en base a los datos experimentales.

4) Compararlos valores obtenidos de los factores de reacción con los valores prede­

cidos en base a las teorias que explican la transferencia de materia por difusión

con simultánea reacción quimica. Verificar la validez de estas teorias a altos van

lores del número de Schmidt.

5) Estudiar el efecto de 1a presencia de la reacción quimica sobre el exponente del

número de Reynolds.

6) Compararlos resultados obtenidos con los que figuran en la literatura, obtenidos

con otros sistemas, continuos y discontinuos.

1. 2. SISTEMAS UTILIZADOS PARA EL ESTUDIO DE LOS FENOMENOSDE TRANSFERENCIA

Para el estudio teórico y experimental de fricción, transferencia de calor

y transferencia de materia con y sin reacción quimica en sistemas sólido-fluido, han

sido usados numerosos sistemas. Uno de los que han sido considerados más convenientes,

es un tubo de sección circular por cuyo interior pasa el fluido en estado turbulento,

con flujo estacionario y totalmente desarrollado. Este es un sistema de los mas estu­

diados, (55,85,86,62,88,4) y mejor conocidos pero tiene el inconveniente que las temp

peraturas o concentraciones del seno del fluido varian con la distancia desde la entrg

da del tubo, de tal modoque el análisis de los datos, para obtener los coeficientes

de transferencia es, a menudo,dificultoso.

Específicamente en transferencia de materia, también fue muyusado el sistg

maformadopor una torre rellena, en la cual el relleno está formadopor el material

sólido soluble: (99,100,37,21,88) pero la no uniformidad e inestabilidad de los coe­

ficientes locales de transferencia es una de las desventajas del uso de una torre rellg

na. Ademasno es posible medir un coeficiente local de transferencia en una torre re­

llena.

Otros sistemas comunesson una placa, esfera o cilindro del material sólido

soluble sumergidosen un flujo transversal de fluido (55,19,22,9l,56). Pero aqui tampg

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co se obtiene un coeficiente local de transferencia de materia constante, aunqueen de

terminadas condiciones es posible determinar su valor en cada punto, (108,61).

También se estudiaron los casos de una columna de pared húmedaen el cual la

pared está formada por un sólido que se disuelve en la pelicula liquida que va cayendo,

o de una pelicula de liquido fluyendo sobre una superficie plana vertical de sólido sg

luble (50,57).

Tambiénfue estudiada la transferencia de materia en recipientes agitados.

En estos sistemas se estudió principalmente la disolución de particulas esféricas o de

tabletas, agitadas en el seno del fluido, (34,36,39,l,27) pero este sistema tiene el

inconveniente de que el área de transferencia varia rapidamente y que ademásla posi­

ble rotura de algunas particulas por choquecontra las paredes o entre ellas, o la pg

sible aglomeraciónde particulas entre si, traen aparejada una incertidumbre sobre el

valor real del area de transferencia. Tambiénes posible estudiar la disolución de una

superficie plana colocada en el fondo del recipiente agitado (40,58). Este sistema es

considerado particularmente conveniente, especialmente cuando se introducen cortaco­

rrientes, por Johnsony Huang(40, según los cuales la simplicidad y estabilidad del

aparato, la reproducibilidad de los resultados experimentales y la posibilidad de de­

terminar fácilmsnte el coeficiente local de transferencia de materia, hace ventajoso

el uso de ese sistema para el estudio de las leyes de transferencia.

Estas mismasventajas son reunidas por el sistema formado por un cilindro de

material sólido soluble rotando en el interior de otro concéntrico con el anterior,

que contiene el fluido. En este sistema, el área de transferencia ademásde ser fácil

mente medible, se mantiene prácticamente constante si los experimentos se realizan con

una duración adecuada (suficientemente corta).

1.2.1. SISTEMAS DE CILINDROS CONCENTRICOSRDTATORIOS

El sistema estudiado en este trabajo es precisamente un cilindro de material

sólido soluble rotando en el interior de otro cilindro inmóvil, concéntrico con el pri

mero, conteniendo el fluido° Teóricamente, los cilindros deberian tener longitud infi­

nita para evitar que las bases introduzcan factores ajenos a aquellos que se quieren

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I.

estudiar. En la práctica es posible aproximarsea este caso limite mediantecierto ar­

tificio que se mencionaránie adelante al describir el equipoutilizado.

La literatura indica el uso de este sistema ya en otras oportunidades, aunque

poco frecuentemente, para estudiar la transferencia de cantidad de movimiento(95), de

calor (ló,l.l,83) y de materia sin reacción quimica (17,3,89) o con reacción quimica

(75,89). Tambiénha sido estudiado este sistema vinculado con problemas de transferen­

cia de nteris en electroquimica (7,17). ha algunos de estos trabajos el cilindro ro­

taba sumergidoen un volumeninfinito de fluido, es decir, no sra usado el cilindro e;

terior (o se puede considerar a este comode radio infinito) (95,83).

Al estudiar el sistema de cilindros concéntricos rotatorios se puedmconsi­

derar los siguientes casos:

I) cilindro interior rotandoy exterior inmóvil

II) cilindro interior inmóvily exterior rotando

III) cilindro interior y exterior rotando a distinta velocidad en igual sentido

IV) cilindro interior y exterior rotando a distinta velocidad en sentido contrario.

Consideremosel caso I), que es el que nos interesa en el presente trabajo.

El fluido en la interfase en contacto con el cilindro interior tiene una v1

locidad lineal igual a la velocidad superficial del cilindro, pues se suponeque no hay

deslizamiento en la interfase. Por iguales ramos, la velocidad del fluido en contag

to con el cilindro exterior ser‘ nula. Por lo tanto habrá una distribución de veloci­

dades a través de la capa de fluido.

A bajas velocidades, el fluido es laminar, tal comosucede en un viscosime­

tro de torsión, Taylor (92) descubrió que a un cierto rango de velocidades se estable­

cen una serie de v6rtices toroidales que tienen una altura aproximadamenteigual a la

distancia existente entre los cilindros interior y exterior. Amayoresvelocidades los

v6rtices se hacen irregulares y el movimientoes netamente turbulento. Fage (18) mostró

que la velocidad de un fluJo axial , en el caso de snstir, tiene solamenteuna influ­

encia secundaria sobre este fenómeno.

La velocidad angular a la que se produce la transición entre los regímenes

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laminar y turbulento, se puede calcular (4) mediante la expresión:

(a) trans: fill (1' -::—--3/2 [1]2?

La distribución de velocidades puede estudiarse a partir de las ecuaciones

generales de cambio (4). Para un sistema isotérmioo, la ecuación de movimiento tiene

la siguiente expresiónvectorial:

“313-54 =- [Vfll] - Vp- [V E]+‘>E [2]donde los simbolos subrayados significan vectores; los terminos entre corchetes no son

simples divergencias debido a la naturaleza tensorial de p 1 1 y Z: . El vector V pes el gradiente de p. El primer miembrode la ecuación [2] tiene el significado de una

velocidad de atmsnto de cantidad de movimiento por unidad de volumen. En el segundo

miembrolos cuatro términos, también referidos a la unidad de volumen, representan reg

pectivamente: la velocidad de ganancia de cantidad de movimientopor convección; la

fuerza debida a la presión del liquido; la velocidad de ganancia de cantidad de movi­

miento por transferencia visoosa, y la meras gravitaoional.

Desarrollando esta ecuación según las coordenadascilindricae (z,r,0) se

tienen las “pasiones:

componente r:

r(3" mn ¿w - v3H, 3V)._._32__at 'r'br'r 39 r 'zaz ar

Page 17: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

componente O:

3V av v 3V v v 3V l 3po e __o o r e o): _ ______r( Dt ‘Vr ar * r 30 í. r ’vZ az r 39

1 a 2: 1 ateo 32:92)-(-;2 3;“. ro) . r 30 ’ a z + {>89 [4]

componente z:

avz avz v9 3vz 3vz)_ 3pf(3t 'Vrar’r ao "zaz' 'á'z­1 a 1 3C 3C

- __ _._ t _ 08 _n_) €( r ar“. rz) . r 30 . aa ‘ gz [5]

Para fluidos newtonianos, con P y}; constantes, las ecuaciones [3],[4] y [5] pueden escribirse en términos de los gradientes de velocidaden la siguiente forma:componente r:

2

f(3‘71, ‘tv avr * vo avr _ vo .‘v avr )=_ 3p +at r ar r 30 r z Bz ar

"a 1 a 1 azvr 2 avg azvr:(rvr) 4.-;2—-a—32--—2ao 0-322- ‘ fgrló]

componente O:

avg avg vo Evo vr vo avg 1 3pf(ïï"vl‘ar’TT’r ":ao"a (1 a ) 1 32179 2'avr avg]*/*[‘a:';‘3:(”e)’72‘332”? ae ’Tzr * “el”

componente z :

f(3vz Eva vo avz 3vz) _3pa1; ‘¡vr'ar‘r 30 2'82

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7

En base las ecuaciones [6] , [7] y [8] puede estudiarse la distribución de ve­locidades en cualquier sistema. Dichas ecuaciones solo son integrables para fluidos en

flujo laminar, en sistemas geométricsmente simples.

En el caso nuestro de un cilindro vertical, rotando a la velocidad angular ¡7-1en el interior de otro inmóvil, concéñtrico con el primero, el problemase resuelve de

la siguiente manera (figura 1)

I

Figura I .-ü/Zsám'óucúínda Velocidades en e/ espacioany/ap compra/7002722¿ná/w a’osci/maíw caax/a/es,a’c/as cua/csno¿a aliviar/be alexáep/aflasii ¡nma'vil.­

Despreciandolosefectosdeborde(efectosterminales),enunWWWin, el fluido se muevedescribiendocircunferenciasy los componentesde ve­

locidad vr y vz son iguales a cero. Ademasno hay gradiente de presión en la direc­

ción 0. Por lo tanto las ecuaciones [6] , [7] y [8] se reducen a:componente r:

49’s :_ ¿2. [9]r ar

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componente O:

o=:_r_(% gr (rv°)) [lo]

componente z:

0=-g: 4-sz [11]La ecuación [10] se puede integrar con las condiciones de contorno:

a r = Rl Vo = n-1 El

1'332 7980El resultado de la integración es:

r _ R2 j)vomi R1E_r_ [12]El-L(32 R1

Para fluidos en flujo turbulento, o para sistemas geométricamante complica­

dos, las ecuaciones generales de movimientono son integrables directamente.

Koshmarov(48) estudió soluciones teóricas de la hidrodinámica de un fluido

incompresible, en flujo turbulento en estado estacionario, en el espacio anular forma

do por dos cilindros lisos rotando uno con respecto al otro. En su trabajo limita el

problema a capas de fluido cuyo espesor es muy pequeño comparado con el radio de los

cilindros, es decir que Rl/Rz 2: l. Introduciendo coeficientes de viscosidad turbulen­

ta y suponiendoque estos son iguales en la dirección axial y tangencial integra las

ecuaciones de Navier-Stokes para flujo turbulento en estado estacionario, en coordena­

das cilindricas, llegando a expresiones para la distribución de velocidades axial y

tangencial. Estas expresiones no son válidas para las subcapas laminares Junto a las

paredes cuyos espesores determinó en base a las hipótesis de von Kármán; debido a que

dichos espesores son pequeños, se supone que las distribuciones de velocidades en las

subcapas laminares son lineales.

El sistema de cilindros concéntricos en los cuales rota el interior mientras

el exterior está inmóvil, ha sido muyestudiado en forma experimental por Taylor (93,94),

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quien determinó, por la técnica de los microtubos de Pitot, el perfil de velocidades

tangenciales sobre la principal porción de la capa de fluido, encontrandoque la veloci

dad es aproximadamenteconstante a lo largo de casi toda la capa liquida. Muycerca de

la pared del cilindro que rota, la velocidad aumentarapidamente acercándose al valor

de la velocidad tangencial de la superficie del cilindro, mientras que en la proximi­

dad de la pared del cilindro inmóvil, la velocidad decrece rápidamente.

Hendt (105) también estudió experimentalmente la distribución de velocidades

en la capa anular y encontró para la mayorparte de la capa es aplicable la ecuación:

tar-0,511131 [13}.Kosterin et al. (49) investigaron experimentalmente la hidrodinámica de un

flujo turbulento de aire en la capa comprendidaentre dos cilindros coaxiales rotato­

rios, de tamañorelativo (R2- R1) /R1 a 0,271, en los cuales rotaba el interior y es­

taba inmóvil el exterior.

Las velocidades fueron medidas con microtubos de Pitot y las pulsaciones de

velocidades con un termoanemómetro. Observaron que no hay pulsaciones en movimiento lg

minar. En flujo turbulento, éstas eran de naturaleza irregular y la velocidad tangen­

cial del aire decrece continuamentea lo largo de la capa al alejarse de la pared del

cilindro rotatorio. Ese decrecimiento es notorio cerca de las paredes y pequeño sobre

la mayorparte de la capa de fluido.

1.3 TE R BRE T SFERENC

Entre los conceptos básicos de transferencia de materia entre fases (sin si

multánea reacción quimica) que fueron propuestos, la teoria de la pelicula de Whitman

y Lewis (51, 52, 106) y la teoria de Danckverts de la renovación de la superficie (10)

son las que han tenido mas aplicación en Tecnologia Quimica.

La primera teoria postula la existencia de una pelicula estacionaria de flui

do en la interfase, que representa la resistencia a la transferencia de materia. Se su

pone, ademas, que el soluto se muevea través de esta pelicula solamente por difusión.

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lO

Deacuerdo a esta teoria, la velocidad de transferencia de materia desde la interfase

hasta el seno de la fase puede representarse por la ecuación:

dz” D N.——=N=_(ci-C)dA dt xL “ ‘

siendo ci y c las concentraciones instantáneas en la interfase y en el seno de la f2

se fluida respectivamente.

En otras palabras, excepto si la difusión dependede la concentración, el

gradiente de le concentración a través de 1a pelicula debe ser lineal. Asi, a un tiem

po t, la velocidad de difusión por unidad de superficie, N, está dada por:

N = kL (ci - c) {15;

donde kL : coeficiente de transferencia de materia por difusión, es inversamente pro­

porcional al espesor efectivo de 1a pelicula límite. En estado de régimen, comono hay

acumulaciónde materia en ningún punto, la velocidad de difusión debe ser igual a la

velocidad de disolución del material soluble. Este, a su vez, debe ser la diferencia

entre la velocidad a la cual las moléculas dejan la red sólida y la velocidad a la

cual se redepositan sobre ella. La primera depende de la energia de la red y la se­

gunda es proporcional a la actividad del solvente inmediatamente próximo a la superfi

cie sólida. A la saturación estas dos velocidades son iguales y por lo tanto se tiene

que la velocidad de disolución por unidad de área debe ser proporcional a la activi­

dad de saturación seat: 03 sat csat. Por lo tanto:

= kd (¿sat - 81) = ka (¡su esat ' 1‘1 °1) [16]

donde la constante de proporcionalidad kd, es una constante de disolución y es llamada,

por Bennett y Lewis (3), "coeficiente de transferencia quimica".

Comolas concentraciones en la interfase generalmente son desconocidas, es

necesario definir un coeficiente de transferencia total, que puede ser medido:

N 3 KL ( csat ‘ c) [17]

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donde:

¿sat csat - Ji c _ 1 = 1. - l [18"csat ' ° 51 KL xl lcd k ’

Esta ecuación puede ser simplificada en dos casos limites:

a) Si kd7> kL resulta que KL_ykL son iguales y que las variaciones del grado de

turbulencia tienen un efecto máximo.Tales sistemas se denominande control difusional.

Este es el caso de la disolución del ácido benzoico en agua (53)

b) Si kd<.< kL, entonces:

¡sat “h ° 1 rm)l ­\

En este caso, KLes independiente de k y por lo tanto del grado de turbueL

lencia. Tal sistema esta bajo el control de la disolución, o, comodicen Bennett y

Lewis, bajo control quimico. Este es el caso de la disolución de Zn en Hg (3). Cuando

las soluciones son muydiluidas los coeficientes de actividad se hacen igual a uno y

entonces KLes igual a kd.

Aunquela teoria de la pelicula tiene la ventaja de proporcionar un modelo

simple de un mecanismocomplicado, es dificil que pueda existir una pelicula estacion

naria en cualquier estado turbulento. Desde hace tiempo ha sido reconocido que el mo­

delo de la pelicula estacionaria o laminar es una descripción sobresimplificada del

mecanismode la transferencia de materia entre fases. En 1931, Roller (77,78) demos­

tró que la existencia de una pelicula liquida estacionaria en interfase sólido-liqui­

do era completamenteirreal.

En particular la teoria de la pelicula es deficiente en la relación de los

coeficientes de transferencia de materia con la difusividad molecular, prediciendo

incorrectamente una dependencia de primer orden. Las evidencias experimentales indi­

can una dependencia de la raiz cuadrada, tanto en equipos tubulares (87) comoen re»

cipientes agitado: (27). Además, comoes señalado por Hanratty (25), este modelo no

está, ni aún cualitativamente, en concordancia con las observaciones del comportamieg

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12

to de un fluido en la inmediata vecindad de una interfase.

La suposición de la existencia de una pelicula estacionaria en la interfase

fue dejada de lado por Higbie, en 1935 (33) en su teoria de la penetración.

En esta teoria se suponeque 1a turbulencia llega hasta la interfase de mg

do que los remolinos producen una renovación continua de la misma, produciendose 1a

transferencia de materia en un estado no estacionario. Higbie, admitiendo que cada

elemento de la interfase queda expuesto el mismotiempo, es decir, que todos los ele­

mentos de la interfase tienen la mismaedad, 9, derivó para kL la ecuación:

kL =2f D [20}me I

que es radicalmente diferente de la dada por la teoria de la pelicula.

Danckuerts (10) modificó la teoria de Higbie, proponiendo su teoria de la

renovación de la superficie. En esta teoria, también se suponeque la superficie es

reemplazada continuamente por fluido fresco, pero no se postula una edad constante.

Unnuevo término, l c d reno a de a u f c e, es introducido, sin espe

cificación de las propiedades fisico-químicas del sistema ni de las condiciones hidrg

dinámicas. Basándoseen este concepto, la ecuación de la velocidad de transferencia

de materia por unidad de área, similar a 1a ecuación [14} , puede escibirse:

N= Wei - c ) [21]AunqueDanckuerts propuso su teoria de la renovación de la superficie para

absorción de gas en una torre rellena, es posible postular un mecanismoque permita

aplicarla a la transferencia de materia en sistema sólido-liquido o liquido-liquido.

En efecto, esta teoria puedeser aplicada a la interfase sólido-liquido postulando la

existencia de una delgada pelicula de liquido en la interfase, cuya concentración es la

de saturación. Entonces el proceso controlador en la transferencia de materia entre

un sólido y un liquido puede ser interpretado comoaquel entre 1a pelicula de liquido

saturado y la fase liquida. Aqui se suponeque la turbulencia llega hasta la superficie

de la pelicula saturada.

Cuandose propuso esta teoria en 1951, Danckuerts no se preocupó en comparar

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13

las ecuaciones correspondientes, con las medidas experimentales publicadas. El presen­

tó su teoria comotentativa, hasta tanto fuera confirmada experimentalmente.

Hanratty (25) discutió las fallas del modelode la pelicula estacionaria o

laminar y los méritos de un modelobasado en una superficie transiente, intermitente­

mente renovada por remolinos de fluido fresco, provenientes del seno de la solución.

Extendió metsmáticamente los modelos de Higbie y Danckuerts y comparó sus predicciones

con los datos experimentales de Lin, Moulton y Putnam (54).

Toor y Marchello (96) reconciliaron parcialmente los modelos de.1a pelicula

y de la superficie renovada, usando comocriterio la edad relativa de una superficie.

Su teoria corresponde a la de la penetración para tiempos cortos y a la de la pelicu­

la para tiempos largos. Su exponente para la difusividad varia por lo tanto entre 0,5

y 1,0, pero el exponente incorrectamente se aproximaa 0,5 para bajas difusividades.

Debenotarse que tanto la teoria de la pelicula comolas de 1a penetración

y de 1a renovación de la superficie, adoptan la diferencia de concentración comouna

fuerza impulsora. Por lo tanto, la ecuación para la velocidad de transferencia de ma­

teria por unidad de superficie a través de una resistencia en una sola fase,1

N = kL (c1 - c) [22)

es comúna las tres teorias, con los diferentes significados relacionados con el coe­

ficiente individual de transferencia de materia kL, es decir:

Whitman - Lewis: kL g DX

L

Higbie : kL z 2 Í D 3 ta no ,ï

Danckuerts: kL z ‘J D s

Hasta el presente fueron publicados muypocos trabajos dedicados al propósito

de investigar el efecto de la difusividad sobre el coeficiente de transferencia de ma­

teria. Comoes señalado por Gordony Sheruood (24) los datos experimentales previos

muestran que el efecto de la difusividad sobre el coeficiente de transferencia de mate

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ria puede expresarse comouna función potencial kL (A Dq donde el exponente 5‘; sevió puedevariar entre 0,15 y 1,0.

Hayevidencias que sugieren la existencia de una resistencia interfasial,

particularmente dondelas superficies líquidas están modificadas por la adición de a­

gentes tenso-activos (6,30). Danckuerts mostró que esta consideración, puede incluirse

también en el modelo de la renovación de la superficie usando una condición de contor­

no formulada por Higbie (33), Juntamente con una supuesta distribución del tiempo de

residencia de los remolinos. Sin embargo, tanto las propuestas de Higbie comola de

Danckuerts para la distribución del tiempo de residencia de los remolinos, adolecen de

defectos: el primero no tiene en cuenta la variación estadistica que se sabe que exis­

te; el último requiere que el remolino mas probable tiene un tiempo de residencia igual

a cero. Danckuerts (ll) reconoció que su distribución tiene algunas limitaciones.

Perlmutter (70), sobre la base de los modelos de Higbie y Danckwerts, desa­

rrolla otros varios modelosde renovación de la superficie para describir la transfe­

rencia de materia entre fases, en los que propone distribuciones aparentemente más a­

ceptables. En uno de ellos considera los tiempos muertos y los efectos de múltiples

capacitancias. Otros dos modelosestán basados en las suposiciones de: l) una fase

transiente no en equilibrio, y 2) una delgada pelicula de difusividad efectiva reducida.

Harriott (26) propuso un modelomodificado de la teoria de la penetración,

en el cual considera que los remolinos vienen desde regiones de concentración homogé­

nea de soluto hasta distancias de la superficie cuya distribución es estadistica, a

tiempos también estadísticamente distribuidos, desplazando al soluto acumulado. En los

intervalos entre los remolinos, la transferencia se hace por difusión molecular. Este

modelopredice un crecimiento gradual en el efecto de la difusividad sobre el coefi­

ciente de transferencia a medidaque la difusividad decrece, y esto aparentemente se

acerca a la realidad másque las teorias previas de la renovación de la superficie.

Ademasde las teorias mencionadas, existen la teoria cinética de Miyamoto

(63,64,65) y la teoria de la renovación de la superficie sin penetración de Kishinevsky

(ll,43,44,45,46) que tampocosuponenla existencia de una pelicula estacionaria en la

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interfase.

Para el proceso de disolución de un sólido en un liquido, Miyamotosepara

el proceso en dos partes, a saber, el escape de las moléculas de sólido a la fase li

quida y la deposición de las moléculas disueltas sobre la superficie sólida. Posterior

mente supone que entre todas las moléculas que forman la superficie sólida, solamente

aquellas son componentesde la energia de vibración normales a la interfase,

mayores de un determinado valor "umbral" pueden entrar en la fase liquida y que, en­

tre las moléculas disueltas, solamente aquellas que chocan con la interfase a velo­

cidades con componentesnormales a la interfase, mayores de un cierto valor "umbral",

pueden depositarse sobre la superficie. La expresión matemática para el coeficiente

individual de transferencia de materia no incluye términos para las condiciones hi­

drodinamicasde las operaciones. Por lo tanto, la aplicación de esta teoria al dise­

ño de equipos es limitada.

Los conceptos de Kishinevsky son similares a los de la teoria de Danckuerts

con excapción de que aquél supone que la superficie se satura instantáneamente con el

soluto al ponerse en contacto (ll). Por lo tanto la difusión molecular Juega un papel

muypequeño en la determinación de la velocidad de absorción. Por el contrario, hay

gran evidencia (11,24), de que el coeficiente de transferencia de materia varia con

la difusividad molecular.

Sheruood y Ryan (89) hicieron un estudio comparativo de varias modernas

analogías entre las transferencias de cantidad de movimiento,de calor y de materia,

y las aplicaron al caso de cilindros rotatorios.

Sheruood (86) señaló que las varias analogías que relacionan las transfe­

rencias de materia, calor y cantidad de movimiento, concuerdan satisfactoriamente

con la considerable cantidad de datos sobre transferencia de materia y calor para

flujo turbulento completamentedesarrollado, en tubos cilindricos.

Todasestas analogías son desarrolladas a partir de la siguiente ecuación

cinética:gNa -(D+¿)_d°__ (¿26‘

dy

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dondeN es el flujo molar, c, la concentración, y, la distancia desde 1a interfase, y

Dyá son los coeficientes de difusión molecular y turbulenta respectivamente. Dpue­

de suponerse constante en soluciones diluidas, pero E, varia desde cero, en la pared,

hasta ¡mv grandes valores (comparadoscon D), en el seno del flujo turbulento.

Para poder integrar la ecuación , es necesario tener una relación que

vincula f, con y. Eh varias teorias fi se supone igual o proporcional a la viscosidad

turbulenta, la cual se puede estimar siempre que se conozcanlos gradientes de valo­

cidad. Von¡(arman(103) utilizó para ello la correlación general u" - y“’ para tubos

lisos y obtuvo buena concordancia con datos experimentales sobre transferencia de oa­

lor y materia en tubos (34), para valores de Pr y Sc entre 0,5 y 25. Para la integra­

ción de la ecuación supusoque6 es igual a cero para 0<y+< 5. Haysy Bjorklund

(41) mostraron un análisis similar que concordaba bien con sus datos sobre transfereg

cia de calor desde un cilindro rotatorio a aire. Esta teoria falla completamente,sin

embargo, a grandes valores de Pr o Sc.

En sistemas liquidos D es tan pequeño que aún la pequeña turbulencia exis­

tente muycerca de la pared puede tener una gran importancia. En esta zona, la visco­

sidad turbulenta no puede ser determinada a partir de datos existentes de perfiles de

velocidad. Varios autores, por lo tanto, propusieron relaciones empíricas que vincu­

len 6 con y, obteniendo asi relaciones para el flujo en la pared N1. Los analisis más

exitosos de este tipo, fueron los de Deissler (15) y los de Lin, Moultony Putnam (54).

Para la región 0 4 y" 4 26, Deissler obtiene:

E/fl a n2 11* y+ [l - eitzp(-n2 u+ y+ Ñ} [27}

donde la constante empírica n se determinó a partir de datos a altos númerosde Sc y

vale 0,124, y u” se relaciona a y" por la correlación generalizada de velocidad para

tubos lisos. Parau+< 4, u‘*puede tomarse igual a y" y para u+< l la ecuación se

reduce aah.) = n4 (y‘ )4. La ecuación {27] fue desarrollada y verificada para flujo

en tubos cilindricos, pero se supone aplicable a la región muycercana a la superfi­

cie de un cilindro rotando dondese concentra la casi totalidad de la resistencia a

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1a transferencia de materia a altos números de Schmidt.

Lin et al, suponen, en cambio, que en la región ¡maycercana a la pered se

cumplequeE es proporcional a (y+ )3. Los resultados obtenidos usando ambasteoriasson bastante similares.

Integrando la ecuación [26] , con N1 supuesto constante, se obtiene:

y* +

_°1_:.°_q g] iv = fi (f ,Sc) [23}N1 o l/So + ¿N

Aqui c es la concentración a la distancia y" desde la pared, Q representa la expresión

V '61 Sc / f y Sc es el númeroadimensional Schmidt, la función fi (f’ , Sc) es la

integral indicada.

Conel objeto de obtener coeficientes de transferencia de materia y números

de Stanton, se utilizará la ecuación {27} para la región entre la pared e y" = 26,7

la analogía de Reynolds entre y+ = 26 y el seno del fluido a y"'. La última puede es­

cribirse: Q n— dc - d *' 2N u {91

de donde:

ñ (y?) - ¡ó (26) a u: - ug}, = V 27 - 12,85 [30]

Este incremento varia entre aproximadamente 3 y 8 cuando Re varia entre 104

y 105. Comoes una pequeña parte de la integral total, se toma comoconstante e igual

a 5,75, equivalente a usar la ecuación [28] con el limite y‘ t 200 en 11183!dGY: c

Dela ecuación [28) se deduce que la integral total puede escribirse:

L ___.=._l_ I_f_2KL 2 St = p (zoo'so) [31]

donde Z], 8° es reemplazadopor f fPufi. Ia curva superior de 1a figura 2, represen­

ta esta integral y provee una base para calcular kL. Dicha curva coincide con la ecua­

ción asintótica de Deissler para altos valores de Sc.

Parece razonable suponer que las condiciones muycerca de la pared sean las

mismaspara un cilindro rotatorio que para un tubo cilíndrico, para un mismof . lejos

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de la pared, sin embargo, la 'rorma' de turbulencia en ambossistemas es bastante distinto.

taaaa l

¡000 / /

[23%x \

{00

26;/m/ /7.?'o fi,n 2 1.a 5 025 ar g59‘e.

[0

/// /Sa

F16. 2

1.0

Si El es el radio del cilindro rotatorio y 32 el radio del cilindro exterior

inmóvil, el liquido queda confinado en una capa anular de espesor BZ- R1. Definamos el

número de Reynolds com Re = 2 R1 ¡11/4) siendo ul la velocidad perifórica del cilindro

que rota. Comose dijo anteriormente, a muybajas velocidades el flujo es laminar y exig,

te un rango intermedio de velocidades en el cual se nota una serie de vértices tridimen­

sionales (92) por encima del cual el movimientoes turbulento. Comoel torque de resti­

tución es igual a cualquier radio, se tiene:

'61 RÏ - 3ra [32]

Townsend(97) da la siguiente expresión para la condición de flujo turbulento:

dba/r) _ Pur no (33]- '58,:¡11‘

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donde ur ng es el producto tiempo-promedio de los componentesfluctuantes de veloci­

dad en las direcciones radial y tangencial. La distribución de velocidades sobre la

principal porción de la capa, según Uendt (105) esta dada por:

ur=0,5 ul El {,34}

31 la viscosidad turbulenta fi.s3 se define por:

d r 7- zng:(t)+Ev))r_M_ [35;dr

y el coeficiente de fricción esta basado sobre el radio del cilindro y la velocidad

periférica del cilindro, entonces las ecuaciones;r y [357;pueden combinarsepara dar:

r f 1C p/P : T Re- 1 [361;

Esto sugiere queE), y E, son constantes excepto muycerca de las paredes interiory exterior del sistema.

Igualandofiv y f, , las ecuaciones y puedenutilizarse para re­lacionar 6 con y+ para la región entera desde la pared hasta el seno del fluido (89).

Esto no es válido, sin embargo, para el análisis de datos a altos Valores de Sc, pues

1a intersección de las ecuaciones 273 y se producea y+ = 4,7 para Re = 750, yt:

8,3 para Re I 11,500 y“ 11,3 para Re = 53.200. Esta resistencia más allá de y+ = 4,7

es muy pequeña para Sc = 870 (acido benzoico en agua a 25°C), de modo que el uso de

la ecuación dificilmente modificaria los resultados obtenidos usandoel analisis

de Deissler hasta y+ = 26 y la analogía de Reynolds hasta y: .

Sherwoody Ryan (89) comparan datos experimentales con los calculados en

base a la ecuación 31} de acuerdo con las funciones de Deissler y de Lin et al, u­

sando los valores de J: para cilindros rotatorios obtenidos por Theodorseny Regier

(95), observando que hay una falta de concordancia, especialmente a bajos valores de

Re, donde la discrepancia es de aproximadamente 50%. Esta discrepancia puede deberse

a que ambasteorias han sido elaboradas para tubos circulares yes posible que para

cilindros rotatorios deba usarse una relación distinta entre E,e y+ . Tambiénes po­

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sible que los valores de f de Iheodorsen y Regier no sean aplicables ya que ellos ro­

taban sus cilindros en un espacio casi ilimitado (radio del recipiente casi infinito)

mientras que los datos sobre transferencia de materia, fueron en cambio obtenidos ueag

do cilindros rotando en el interior de otros de radio finito y, según Taylor (93,94) Y

Hendt (105), f varia con el espesor de la capa anular de fluido, aunque no ha sido es­

tablecida la naturaleza de esa variación.

Sheruood y Ryan (89) sostienen en cambio la posibilidad que lo equivocado

sea la forma de la ecuación {31}. be acuerdo con von Kai-man, se ha supuesto una fun

ción de y+ . Sherwoody Ryan proponen en cambio que el parámetro de distancia más a­

propiado se suponga el grupo adimensional y‘” , definido por:

8 f 'y”. _ yZl = y“. Q2= y uO

uo- x? fi» _.“o * -' x7 2

es‘decir, se hace 6/1} = LP2 (I‘M): en V92de = ‘11".l (3*)­

Los tratamientos de Deissler‘y Lin et al. concuerdan aproximadamentecon los

valores experimentales para Re entre 10.000 y 100.000. Suponiendo que la función de

Deissler W 1 0+) coincide con los valores experimentales a Re = 50.000, entonces

el uso I'deY 2 (1+? )' requeriría que los valores de St calculados por Deissler fueran

multiplicados por la relación de los valores de a cada Re con respecto a Re=

50.000. Ajustando por este procedimiento los resultados de la teoria de Deisaler, re­

sulta que los valores calculados concuerdan con los datos experimentales dentro de un

10%. Unajuste análogo al tratamiento de Lin et al. da una concordancia similarmente

buena entre los valores calculados y experimentales.

Ha;rvarias razones para creer que / J debe ser una función de y“* en vez

de y *'. La mas importante es el éxito de las muchas correlaciones. de .datos experimene

tales de transferencia de calor y materia en forma de graficos de jH o JD en función

de Re. Dondela pérdida de carga ("drag") es debida a fricción tangencial ("skin"),

estos son proporcionales a (f/2) y no a V277, comolo indica la ecuación (31} .

Si se toma comouna función de y't, comofue hecho por von Karmany postg

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riores investigadores, las analogías de transferencia de materia y calor tomanla for­

m' St = Ï_+ “3:. Ill (Sc) [38}

Si u+ se proponeuna función universal de y " 4’en vez de y“, el resultado es similar

excepto que Y27Ï se transforma en (2/f) en el segundo término del segundo miembro. La

analogía de Reynoldstodavía vale para Sc: l, y a altos valores de Sc la naturaleza de

la variación del St con Sc no cambia, pues el primer término del segundo miembroes en

tonces despreciable.

La distribución universal de velocidades que relacionan u 4' con y + parece

bien establecida por los experimentos de Nikuradse, Reichardt y otros. La gran mayoria

de los viejos datos fueron obtenidos a altos números de Reynolds, con pequeñas varia­

cion en f. Recientes datos de Corcorán y Sage (8) dan mayores valores de u * ‘ 3031­

quier y+dado; e], uso de y" ‘en lugar de y+ introduciria una corrección en el sen­tido adecuado.

Schlicting (81) en una revisión de la historia de la correlación u*- y"

indica que la elección de y" comoparámetro se basó principalmente en argumentos di­

mensionales. Seria posible entonces el uso de y” ‘.

Si el parametromodificadode distancia, y"", tiene aplicación a correla­

ciones de velocidad, puede concluirse que E /L) para transferencia de materia y calor

debe expresarse comouna función de y+ + más bien que de y" si St es proporcional a

f a altos valores de Sc.

1.3.2. Transferencia de materia con reacción quimica

Los tratamientos teóricos de transferencia de materia con reacción quimica

conducengeneralmente a expresiones que definen un factor de proporcionalidad, llama­

do factor de reacción, para aplicar al coeficiente para transferencia sin reacción

quimica. Estos se basaron especialmente en los modelos de la pelicula limite, de la

interfase continuamentereemplazadapor superficie fresca, y de la pelicula turbulen­

ta.

La modificación de la teoria de la pelicula limite para incluir el caso de

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22

ln transferencia de materia con simltánea reacción quimica simple, fue hecha.por pri

nera ver por Bette (31,32), en 1928, quien consideró el caso de una reacción de segun

de orden, veloz e irreversible.

En este caso ambosreactivos difunden en sentido contrario (A desde 1a super­

ficie sólida y B desde e]. seno de]. fluido), dentro de le. pelicula limite y, al encon­

trarse, se agotan instentaneamente, comiendo 1a reacción en un p.1ano.(fig. 3).

a ¡s ul

A) I (B)

f/ISE 6‘0qu SE/voDELAfiqss [mz/¡0,4

031.

/IVTERFAsE cal;

PL¡uvaDERace/01v/ anaP R 7'

l

r——mL——-{

figura 3: Mama DE¿,4PEL/MM unuznao P0)?¡farm

El coeficiente de transferencia kia se define comola razón del fluJo molar

por unidad de superficie, NAy la diferencia de concentración (cAi - 0) y ku es 91

correspondiente coeficiente de transferencia DA/ILpara la difusión de A desde la inter­

fase hasta el seno del fluido sin reacción quimica (B ausente).

Se tiene por lo tanto:

DA

¡ANA = (en ' o) i NB= (CEL' o) [39] 3 [40]

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23

0 Bea: DB ... N. |

¡A = N cAi . xB= N cBL J' íA B ‘

En estado de régimen NA: NB, y por lo tanto la suma de ¡A y xB será:

_ 1x. —a a TA «a; en + na em» [a]

DAen +115 can _ °A1 + (DB/Da) °m. [44]

XL xL / DA

y aplicando las definiciones de kfiá y kLAy haciendo transformaciones algebraicas,resulta:

k' D c , au =1*——BBL P45)

ku DA °Ai

Posteriormente a Hatta aparecieron un númeroconsiderable de trabajos teóri

cos, que extienden su tratamiento a tipos de reacción mas complicados. Cadareacción

se caracteriza por su orden cinética, grado de reversibilidad y las velocidades re­

lativas de las etapas difusional y de conversión quimica. Comose dijo, Hatta estudió

en su primera investigación el caso de una reacción cuya cinética era de segundo orden,

irreversible e infinitamente rápida comparadacon las velocidades de difusión. Mástaz

de se hicieron estudios sobre reacciones lentas (las velocidades de conversión quimia

ca y difusión son del mismoorden de magnitud), de primer orden, reversible (12) o

irreversible (88), de cualquier orden, irreversible (4), y de segundoorden, irrever­

sible(98).

Después de aparecer las teorias de la renovación de 1a superficie de Dancm

kuerts y de Kishinevsky, se publicaron varios trabajos estudiando los mismostipos de

reacciones pero tratando la etapa difusional en base a las nuevas teorias (10,12,47).

Olander (69) estudió varios casos de reacciones infinitamente veloces en tg

dos los rangos de reversibilidad. Comoconsecuencia de la gran velocidad de reacción,

todo punto del sistema está en condiciones de equilibrio quimico y ello implica que a

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24

lo largo de la zona de difusión las especies reactantes están presentes en concentra­

ciones que satisfacen la ley de acción de masa. Por lo tanto en la expresión de la vg

locidad total de transferencia, comoconstante de equilibrio aparece solamente la ra»

zón de las constantes de reacción quimica directa e inversa.

Olander estudió todas las reacciones según los modelos de la pelicula y de

Danckuerts. Comopara todos los casos, el sistema comprendemás de dos especies (reag

tivos, productosy solvente inerte) un tratamiento riguroso requeriria el uso de coe­

ficientes de difusión en liquidos multicomponentes. Noobstante, se supone que los

productos y reactivos están suficientemente diluidos de modoque sea aplicable la ley

de Fick, o sea que los coeficientes de difusión usados pueden considerarse comolos

del sistema binario formadopor la especie an cuestión y el solïgnte.Consideremos solamente el caso de la reacción A.+ B :‘áue es el que nos in­

teresa, pues es el caso estudiado en el presente trabajo: BzHó-HONa= BzNa+ H20.

(El H20no se considera pues no difunde y su concentración es constante pues esta en

gran exceso).

Se supone que la especie A se transfiere desde una fase inerte, en la cual

no se produce ninguna reacción quimica a una fase liquida reactiva en la cual se pro­

duce la reacción quimica. La fase inerte puede ser un gas, otro liquido inmiscible

en la fase reactiva, o un sólido. Las condiciones que debe cumplir esta fase son que

debe contener solamente A (o un diluyente inerte) y que proporcione una concentración

de equilibrio de A en la interfase, que sea conocida. En nuestro caso particukar el

reactivo A es de BzOHque se transfiere desde una fase sólida formada por A puro a

una fase liquida que contiene el reactivo B o sea el HONa.

La concentración de equilibrio de A en la interfase es la que corresponde a

la solubilidad del acido benzoicoen el solvente utilizado, a la temperatura de tra­

bajo.

El tratamiento consiste en lo siguiente:

Si la reacción no es infinitamente rapida, los balances de materia para las especies

A y E sobre una capa de fluido de espesor dx en el interior de la zona donde hay di­

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25

fusión, conducena las expresiones:

a 2 A a caA—=¿cA ela-g +——— [46]

a 12 a t

a 2%: a °EDE.___2 3-}, CA°B+ï °E+ [47]a x a t

Si la constante de equilibrio de la reacción es K, entonces:k .

K=.___cE : -='- [48]CA 0B Á.

Las ecuaciones [45] y [46)pueden reordensrse:

82% a°AD :k (cAcB- c3 K+__ 49"57" " / a t í]2

DE_al2-:-k(°1 °B—°E/K)+ü— [5°]a 1 ‘- atSi la constante de velocidad de reacción es aumentada de tal modoque se a1­

cance el equilibrio en todos los puntos de la zona de difusión, los segundos miembros

de las ecuaciones [49] y [50]“ hacen indeterminados pues ( °A °B - °E /K) tiende a

cero cuando_k'tiende a infinito. Este inconveniente se obvia sumandolas dos ecuacig

nes, con lo cual se obtiene:

D a 2° DE á 2cE á l__._ _-_ ° 4-.cA + t ( A E) 51]

Esta ecuación puede considerarse comoun balance diferencial de masa del

componenteA en una capa de espesor dx dentro de la fase reactiva.

La ecuación [51] es directamente aplicable, en estado no estacionario a lateoria de la penetración. Eh la teoria de la pelicula, la derivada respecto del tiem­

po es cero pues solo se considera el estado estacionario. En este ejemplo existe una

ecuación diferencial análoga que representa el balance de materia del componenteB:

B E

a x2 a ¡2 a tDB

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26

Las ecuaciones (51} y [52] Junto con la condición de equilibrio dada por la

[48] y las condiciones de contorno adecuadas, determinan completamentelas distribucig

nes de concentraciones de A, B y E y la velocidad de transferencia de la especie A dog

de 1a fase inerte y 1a fase reactiva.

Los coeficientes de transferencia de materia puedenbasarse en la meras im­

pulsen total ( c1 - CL), o en la fuerza impulsoradel soluto sin reaccionar (cu-cn).

km = ——-N——— ; ku ‘ N [53]; (54]ci'cL °A1'°n.

La forma mas apropiada dependedel sistema reactivo ¡articular considerab

y de las técnicas analíticas disponibles. Para el caso que estams considerandokm no

es un parámetro útil pies Ci es ma función de la transferencia de materia ademasde

las caracteristicas de equilibrio del sistema.

Si el soluto sin reaccionar (especie A) puedediferenciarse analiticansnte

del producto de la reacción (especie E), ku ea mediblo experimentalmente. L! comen-H

tración en esta determinada (y eventualmente conocida) por 1a distribución de cA en­

tre las fases inerte y reactiva.

A1aplicar 1a teoria de la pelicula, la ecuación [Si] que da el balance de

materia del componente A se reduce a:2

a 20A a CE rA-—-—:2— + DE : 0 L55]a x a 25

Analogamente para el componente B:

D

azcg azck*“3‘57‘:° [56]Las soluciones generales a las ecuaciones 55 y 56 son:

DA°A+DE °E=‘1*+‘2 [57]

DB°A+DE °E=‘31+‘4 [se]La condición de equilibrio, que aparece a lo largo de toda la pelicula es:

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n=._°3_ [59]°A °s

Las cuatro condiciones de contorno son:

ax=0: OA-on

1:11,: una“. ¡03. om.La última condición de contorno expresa 1a imposiulidad de B y de E de atrg

vesar la interfase:

DadeB+nsT=o [60)

ch

La velocidad de transferencia de la especie Adesde la fase inerte es igual

al flujo del componenteA total dentro de la pelicula en la fase reactiva (El componen

te A total denota la sumade las concentraciones ds A4 E):dc do

- A E rN" DA_'DE =-31 L61]

dx d:

Conesta expresión de H, se pueden resolver las ecuaciones [57] y [58}para elcoeficiente de transferencia de masa, resultando:

13;. ku [1+ ( “a ) °BL [62]DA °A1 * (DB/DE)/I

Si K se hace mw grande, el sistema se aproximaa la reacción rápida, irreve;

sible, de segundo orden.

comoK tiende a infinitoo el grupo (DA/DE) /K en la ecuación --[62] tiende a

cero y el coeficiente de transferencia de materia está dado por:

1:1"A._._ku (1 + 1921;) [63)­DA °A1

que coincide con la ecuación hallada por Hatta para este tipo de reacción. Las distribu­

ciones de concentraciones de las especies A, B y E, pueden calcularse a partir de las g

cuaciones [57] ,[58] y [59} y de los valores de al , a2, a , a4. Clander (69) mestre.gráficamente distintas distribuciones de concentraciones al variar K entre 10-.3y 104

en un sistema hipotético. Se ve que al aumentar K se va haciendo mis nítida la zona de

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28

reacción y a K- 104 se cumple al modelo de Hatta de la reacción en un plano en el cual

CA:°B=0.En todo el tratamiento anterior se supuso que la reacción se prodnoe entre

las especies mencionadas en forma molecular.

En el caso de neutralización comprendiendoreacciones iónicas, como, por e­

jemplo, el caso presente de 1a disolución de Ácido banzoico en.uma solución diluida de

hidróxido de sodio, hay difusión de iones que es importante tener en cuenta pues cada

especie iónioa en presencia de otras puede difundir a velocidades que son bastante d;

ferentes de las que difundiria si fuera la única especie del medio.

La difusión en mezclas de electrólitos fue discutida por muchosautores (28,

14). Unode los tratamientos más exitosos fue el de Vinograd y McBain (101), quienes,

siguiendo la teoria de Nernst, formularon ecuaciones de difusión para cada ión en las

cuales el potencial de difusión para cada uno comprendeel gradiente de concentración

del ión en cuestión y el gradiente de potencial eléctrico en la solución. Imponiendo

la condición de electroneutralidad para la mezclade iones, obtuvieron la siguiente

ecuación para la difusión de cationes:

n N RTF

¿He c+¿“*°““*'¿‘““"‘M4' \ 5‘44»°+ +zu- °-/

donde N + es el flujo iónico de un determinado catión de valencia n + ,conCentración

c + , gradiente de concentración G 4 en dirección de la difusión y mobilidad u +. Una

relación similar fue obtenida para aniones, transformándose en más el primer signo me

nos dentro del paréntesis.

En la deducción de estas expresiones se despreciaron los coeficientes de ac­

tividad y los efectos de colisiones, comoasi también la existencia de iones apareados

o complejos. Estas aproximaciones son posibles dentro de la precisión posible de ob­

tener en un estudio de un problema de transferencia de materia usando el modelo de la

pelicula limite.

Sheruood y Wei (90) mostraron comopuede modificarse la teoria de Hatta al

tener en cuenta la disociación de los electrólitos en el solvente (agua) dondelos

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a :8 U

f/ME 801.1014 85210as u: fas: ¿ma/0A

0m.Bz'

/¡vTERFASE// a“. a“ leí [{0­

Puma a: ¡PE/¡camu¿im ' 031.

P R Ï

“fx, 4“- ac,—H

figura 4 : Mode/adelapelículapara lel difundiendoen una solución da ¡{Ü/la

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29

coeficientes moleculares de difusión DAy DBtienen poco significado (fig.4). Para

una solución de ácido benzoico en agua, despreciando la disociación del ácido benzo;

co, usando valores promedios de concentraciones al aplicar las ecuaciones de Vinograd

y McBain para la difusión de iones, llegaron a un resultado que puede escribirse como:

' 2RT A'- c . -1 c

L=1+_ 1/11,.¿41- -1)“ EL[65]km DA r °ABL A- °Ai

donder es 1a constante de Faraday y A'_ , l._ son las conductancias iónicas limite

(concentración cero) de los iones HO’y Bz', respectivamente; cAi es la conclntración

de ácido benzoico en la interfase; cBL y cABLson las concentraciones, en el seno dela solución, de hidróxido de sodio y Na total, respectivamente.

Posteriormente, Sheruood y Ryan (89), mostraron que no es necesario usar valg

res promedios de concentraciones y de sus gradientes, sino que, en ciertos casos, es

posible integrar las ecuaciones. Tal es el caso del segundo caso tratado por Sherwood

y Wei, que es el que interesa en el presente trabajo (acido no disociado que difunde

y reacciona con una base), que comprendela difusión de los iones Bz' y H0. y Na* 6

la parte de la derecha de la pelicula representada en la figura 4.

-Debidoa la rapidez de difusión del ión ¡9' , kia aumenta con cBL/ cA1un

50 por ciento más rápido que lo sugerido por la ecuación de Hatta.

El uso del modelode la renovación de la superficie para el desarrollo de

una teoria de transferencia de materia con simultanea reacción rápida, de segundoor­

den fue descripto por primera vez por Danckuerts (9,10) y luego por varios otros (38,

88, 72, 102).

Comola velocidad de circulación de los remolinos desde y hacia 1a interfa­

se, y sus tiempos de contacto, no son en general predecibles, la teoria de la penetrg

ción es utilizada solamente para desarrollar la razón kflA/ kLA.

La solución de Danckuerte (9) para el caso de una reacción irreversible muy

k1? — 1 [es]km - erf (Fx)

veloz es:

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53". VDA/DB“PI (DA/DB) °’f° (VDA/ DB px) [67]2csi exp (px) . erf (px)

El parámetro px es fácilmente eliminado para obtener la relación entrel

kLA/ kLA y cBL/ cAi. Evidentemente el resultado no depende de la naturaleza de la

distribución de los tamaños de los remolinos y de los tiempos de contacto de los remo­

linos con la interfase.

Este caso también fue estudiado por Olander (69) analizando varios tipos de

reacciones de segundo orden. Consideremosal igual que antes, solamente el caso de la

reacción A a B : E, que es la que se estudia en el presente trabalo.

Los balances de materia para los componentestotales, para la transferencia

de materia por renovación de la superficie no tienen solución analítica excepto para

el caso especial de D : DB= DE. Conesta simplificación el flujo descripto por laA

ecuación: 1c

N'“DA° (“1’ °“"[“ k8]° ' a °BL 6

ku km (1 4 en * l/K ) [9]

La ecuación (69] es idéntica a la expresión deducida de la teoria de la pe­

licula, para iguales difusividadss (ecuación [sé] ).

Nose ha estudiado hasta ahora la modificación necesaria de aplicar para tener

en cuenta la variación de las velocidades de difusión de los iones formadospor diso­

ciación.

Sheruood y Ryan (89) desarrollan una nueva teoria basada en un modelo de pe­

licula limite turbulenta para describir la transferencia de materia con una simultánea

reacción quimica, rápida, irreversible, de segundo orden. Siguiendo el mismoesquema

de la teoria de Hatta, suponen que A reacciona con B en un plano situado a una distan

cia y; de la superficie. Entonces:c - 0 4 Q

_._A1N__Q=fl(yR,ScA)-_¡_ [70]A kLA

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3.1.

°'°BL °BL

quq NA =a ot,ScB)-Mrï.s«=n) [71]Si B no está presente, A difunde sin reaccionar y:

c -C1 ° QQ­NA ku

*.: fl! ( yo a SOA)

Esto supone que el limite co corresponde al limite y: , lo cual, según mostró Fannie

(74), es aceptable para Sc <. l.4

k¿A ¡ó (y: . ScA) cm. fi (io v 5%).-.— [73]

ku ’MLScA) °A1 Luz.s°B>-ñ<vï.s«aa>]Para evaluar esta relación, es necesario relacionar e con y * y obtener va- .

lores de la integral representada por fi.

Para ello, Sherwoody Evenusan la expresión de Deissler para E, sustitu­

yendo en la [73] 1a integral definida por la ecuación [28] . En la figura 2 aparecen

graficados los valores de esta integral comouna función de y, y de Sc; y: 9° tomaigual a 200 por las razones antes mencionadas. Las ordenadas de la figura 2 represen­

tan la resistencia a la transferencia de materia desde la pared hasta cualquier y ‘h el

uso de estos valores conducea una teoria similar a la de Hatta pero con resistencia

por unidad de volumen variando con 1a distancia desde 1a pared.

Haytres casos límites en los que E, no necesita ser conocido para resolver

la ecuación [73].

(a) ScA g SCB. Ia ecuación [73] se reduce a:

kia _ °BL 1 _ °BL 1 [74]

ku ‘ m {1-[21 (ya/a wal} _ en [1- (Im/km]por lo tanto:

k' .

LA = l í GEL tu]km en

que es idlntica a la ecuación de Hatta para DA: DB.

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32I

b) 21,0 OEste es el casodeyfi muygrandeypor lo tanto el valor de Sc

no es importante y el resultado es el mismoque para St:A: ScB:

n

k c

LA =1+ e: [76)LAk

c) Yi< 1.6/3 tiende a cero en la paredy en el limite fi (y; , Se) __.¡ y; Sc,comose de la ecuación [28). Entonces:

k 4­

LA - ñ (yo í SCA)km y; ScA

I #

kLB fl (y o , ScA)[78)

kIB-ñütoscB)

4

cBL fi (y; ' SCB) ’ YR S°B [79]e = ‘ Sc

por lo tanto:k' k

LA LB 3°,; °BL [8°]_ : S +km kma cn °A1

Si el coeficiente kL ea una mnción potencial de D ( o sea, ei kL Cn Dq), entonces:

k' SeB l-q DBcLA 3 -—-S 1 + ——m’ [.81]c .

l‘m A DA °A1

:1;+

La condición y R < 1 es válida aproximadamente si (kI'A/ km) es mayor de 20 a Sc:A

mayor de 7 a SeA = 10; mayor de 3,5 a ScA : 100, o mayor de 1,7 a Su:Ag 1000.

Ea interesante señalar que 1a ecuación [81) también fue obtenida por Potter

(73) y por Friedlander y Litt (20) para flujos en capas laminarea.

Sherwod y Puanno aplicaron a su teoría la corrección necesaria para tener

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33

en cuenta el efecto de la disociación de las moléculas. Observaronque los datos ex­

perimentales no concordaban con su teoria, sino mas bien con la de Hatta. Sin embar«

go sostienen que ello es un caso fortuito ya que el modelode Hatta no describe 1a

realidad y que 1a discrepancia entre los datos y la teoria de 1a pelicula turbulen­

ta no se puedeatribuir a un posible error en el tratamiento de la analogía anterior

mente discutida, sino que más probablemente la dificultad consiste en que no se consi

deró el aumento de velocidad de difusión de los iones HO' en un sistema de varias es­

pecies iónicos.

En efecto, Marangozis y Johnson (58) modificaron los coeficientes de difu=

sión de Ay B para tener en cuenta los efectos iónicos y viscosos, y en base a los

conceptos de 1a teoria de la pelicula turbulenta calcularon valores de ki‘ /kL¿ qua

conoordaban perfectamente con los experimentales obtenidos por ellos y por Sheruood

vivan.

Los modelos de Hatta y de la pelicula turbulenta considerando los efectos

iónicos, conducen a valores calculados de kflA/kLA que son aproximadamente iguales

para valores de cBL/cAi menores de 3,0.

Ia a mayores valores de cBL/cAi se diferencian marcadamentelos valores ob­

tenidos según ambasteorias.

1.4. TECNOLQQIA DE LA TRANSFERENCIA DE MATERLA

1.4.1. Transferencia gg materia gig reacción Quimica.

La distribución de Concentraciones y la velocidad de transferencia de ma­

teria puede estudiarse en base a las ecuaciones generales de cambiopara una mezcla

multicomponente. Si consideramos el caso de un fluido binario formado por los compo­

nentes Ay E, isotórmico, de viscosidad¡p(y difusividad DA constantes, y además, su­ponemos que el rango de variación de composiciones es pequeño, de modo de poder con­

siderar constantes de la densidadP y la concentración molar total C, las ecuaciones

de cambio se reducen a:

ecuación de continuidad:(V-I)=o [82]

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34

ecuación de continuidad del componente A:

a 3A

at + (JL-7%): va v2 cg [.83]

ecuación de movimiento:

a v. 2Z’VP-a t.

Análogamenteexiste otra ecuación de continuidad para el componenteE.

Estas ecuaciones son integrables solamente para flujo laminar y para siste­

mas geométricamentesimples. Para flujo turbulento, que es'el que nos interesa en el

presente trabajo, las ecuaciones [82), [83)y [841m son integrables y por lo tanto

debemosrecurrir a otro método, apoyándose en la experimentación. Este método es el

análisis dimensional de todas las Variables que afectan el sistema. Este nos conduce

a tres números adimensionales, que son:k d

udP fl L 1PDA A

Por lo tanto existirá una función L? (Re, Sc, Sh) = 0, que los vincula. Experimental­

mente hay que encontrar la forma de esa función.

Unaposibilidad de expresar los resultados de la transferencia de materia

en un sistema de cilindros rotatorios es bajo la forma de una correlación general del

tipo 3h z mo Reml 80m2, similar a la usada por Gilliland y Sheruood (23) y Hixon y Baum

(34). Esto ha sido hecho por Eisenberg, Tobias y Wilke (17) y Bennett y Lewis (3), ob­

teniendo resultados que difieren entre si, ya que los primeros obtuvieron: m1- 09703

m2: 0,356 y los otros obtuvieron: m1= 02603 m22 0,50, no existiendo, por lo tanto,relativa seguridad de los resultados obtenidos.

Ningúnotro trabajo posterior ha sido realizado sobre el tema de modoque

confirme los resultados.

King y Brodie (42) estudiaron la velocidad de disolución de ácido benzoico

en agua y soluciones alcalinas diluidas y verificaron que los datos experimentales

concordaban con una ecuación de velocidad derivada suponiendo que la neutralización

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35

se produce dentro de una pelicula donde se produce también difusión. No expresaron sus

resultados en forma de correlación general, sino comoecuación cinética.

Roald y Beck (75) utilizaron cilindros rotatorios en un estudio de las velo­

cidades de disolución de magnesio y de sus aleaciones en una solución de ClH pero con

el objeto de estudiar la corrosión del metal más que 1a transferencia de materia y por

lo tanto no obtuvieron ninguna correlación general. Sin embargo, encontraron que la ven

locidad de disolución aumentabacon la potencia 0,71 de la velocidad de rotación, en la

región de bajas concentraciones, pues a mayores concentraciones de acido el efecto de

agitación producido por las burbujas de hidrógeno formadas por la reacción se hace no­

table.

Comose dijo antes, si es posible aplicar la teoria de Danckwertsde la reng

vación de la superficie para explicar la velocidad de disolución de sólidos, el expo­

nente m2 del número de Sc debe ser 0,5, pues de acuerdo a esa teoria, kL debo ser pro­porcional a VU__.En cambio, si es aplicable la teoria de la pelicula turbulenta, el

exponente m2 debe ser l/3.

1.4.2 Ezangfereggia ge materia cgn reacción Quimiga.

En este caso aparecen nuevas variables, que son el número de Schmidt para el

componenteB y la relación de concentraciones cBn/cAi. El número de Sheruood ahora ten­

drá la expresión Sh' = kiA d{ D .

Es necesario entonces establecer la forma de la función LP (Sh', Re, SCA,SOB:

cBD/cAi)= 0. Ia,expresión mas conveniente es en términos del factor de reacción FR, o

sea hifi/kLA o Sh'/Sh, comofunción explicita de las demásvariables. La importanciade esta forma de expresión está en que el factor de reacción actúa comoun factor de

corrección aplicable a la transferencia de materia sin reacción quimica, para predecir

la transferencia de materia cuando hay reacción química. Es decir, conocida la Tecnologia

Fisica del proceso, la Tecnologia Quimicase reduce al estudio de los factores de reac­

ciónky a su campode aplicabilidad.

Se tiene entonces que FR = LP' (Re, SCA, SOB, CEU/caí). Mantenióndo el Re

constante, o si este no es un factor que afecte el FR, reSUlta que FR: '«P' '(ScA, ScB,

cBL/cAi).

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36

Las distintas teorias discutidas anteriormente dan expresiones del factor

de reacción como función de ScA/ScB (o, lo que es lo mismo, de DB/DA)y CELcAi, para

cualquier valor de Re. Esto significa que el Re no es un parametro que afecte FR.De acuerdo a la ecuación de Hatta para reacción de segundo orden, rápida e

irreversible, se tendria:

Sh' Sc c w

Meyerniky Friedlander (62) desarrollaron un modelo basado en la clásica

teoria de Nernst - Brunner de la reacción controlada por la difusión. Suponiendoque

la difusividad turbulentg ¿es despreciable en la región entre la pared y la zona de

reacción, llegaron a la siguiente expresión para el factor de reacción:sn! D ° D m2B BL AF = :1 + _— ___ ——— 86

DA °A1 B

siendo m2el exponente del númerode Schmidt para la disolución fisica.

Esta ecuación se podria expresar como

F SOA 6BI. S6B m2 [87]= 1 4 ______R SCB en SCA

Esto permitiría la estimación de m2mediante determinaciones de los factores de reac­

ción, siempre que DA ¿5 DB. Debenotarse que esa expresión es independiente de la

forma elegida para ¿E .

Por definición, el factor de reacción debe aproximarse a la unidad cuando

cBL .__..O, pero la ecuación [37} no satisface este requisito. La explicación está

en que a medida que cBLdecrece, la zona de reacción se aleja de la pared y la difusi­

vidad turbulento no puede ser despreciada en toda la región comprendidaentre la pa­

red y la zona de reacción. Uncriterio para el limite inferior de aplicabilidad de la

ecuación [37] puede derivarse de una expresión para la difusividad turbulenta en la

región próximaa la pared. Usando1a expresión de Deissler para ello, es posible cal­

cular los valores de y‘l para los cuales la difusividad turbulenta puede apreciarse

respecto de la difusividad molecular. A mayores números de Schmidt, menor será esta

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37

región. Esta restricción impuesta a los valores de 1a distancia de la zona de reacción

a la pared puede relacionarse a una restricción de FR. Phra un número de SGhmidtde

1000, la región de difusión puramentemolecular está limitada a y*'<:. 0,045. Esta coa

dición es satisfecha si FR JP 3.

La ecuación [87] también fue derivada por Sherwoody Ryan (89) para y É <1 1.

Esta condición se cumple para FR? 1,7 a ScAa 1000­La presencia de iones en el medio de difusión, que son los que realmente di­

funden, hace que a todas las expresiones anteriores haya que aplicarle una corrección

para tener en cuenta tal efecto, comose vió anteriormente, al discutir las distintas

teorias sobre la transferencia de materia con reacción quimica.

La forma comúnde expresar los factores de reacción es una función gráfica

de FR y cBL cAi a cada valor de ScA/SCB,o sea, para cada sistema.

1.5 USO DE CORTACORRIENTES

Ha sido admitido desde varios años que el flujo establecido en agitación ro­

tacional libre se modifica considerablementepor introducción de cortacorrientes verti

Cales Junto a la pared de un recipiente agitado.

Interesa en este trabajo estudiar la influencia de factores geométricos so­

bre la trasnferencia de materia con y sin reacción quimica, es decir obtener una co­

rrelación general válida para el sistema estudiado, que es una forma generalizada del

sistema de un cilindro rotando en el interior de otro, concéntrico con el primero, que

figura en la literatura.

En 1a bibliografia no figura ningún trabajo hecho con tal sistema. Roald y

Beck (75) ponen de manifiesto claramente la falta de conocimiento del efecto que trae

ria la introducción de cortacorrientes, aunque, basándose en un trabajo no publicado de

D.F.Mack (Universidad de Lehigh) suponen que el exponente del Re aumentaría al introdu­

cir cortacorrientes, alcanzándose comovalor máximola unidad. Esto no ha sido verifi­

cado experimentalmente.

En un trabajo realizado en la Facultad de Quimicay Farmacia (universidad N5

cional de La Plata) por Ronco, Pereira y Sofia (79) sp intentó estudiar la similitud

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entre la transferencia de materia y de cantidad de movimientoen un sistema formado por

un cilindro de pequeña altura (aproximadamenteigual al diámetro) rotando en el interior

de un recipiente. Se encontró que los cortacorrientes no afectan la velocidad de trans­

ferencia de materia a velocidades d. rotación de hasta 80 r.p.m., suponióndosela exis­

tencia en esas condiciones, de un régimen laminar. A1aumentar la velocidad de rotación

el uso de cortacorrientes aumentala velocidad de transferencia de materia, siendo ese

te aumento mayor, al usar cortacorrientes de mayor tamaño.

Las diferencias geométricas de este sistema con respecto al utilizado en el

presente trabajo, dificultan una comparaciónde los resultados.

La influencia de los cortacorrientes en la transferencia de materia, ha sido

estudiada parcialmente en algunos otros sistemas sólido-fluido, especialmente comomé­

todo indirecto de estudio de la agitación. Unode los primeros trabajos efectuados so­

bre el tema fué el de Hixony Hilkens (36), quienes, extendiendo fin trabajo anterior

de Hixony Crouell (35), estudiaron la disolución de tabletas de ácido benzoico en a­

gua en un recipiente agitado, incluyendo los efectos de la velocidad de agitación, ta­

mañodel equipo y uso de cortacorrientes, resut‘ando que la inserción de cortacorrien­

tes estaba acompañadapor un dscrecimiento de la velocidad de transferencia de materia.

Hixon y Wilkens encontraron que en tanques pequeños, las velocidades de disolución con

cortacorrientes eran considerablementeinferiores a las velocidades de disolución sin

cortacorrientes. En recipientes mayoresesta diferencia se eliminaba prácticamente.

Humpreyy VanNess (39) estudiaron la transferencia de materia desde particu­

las de tiosulfato de sodio (Na232 03

un recipiente con cortacorrientes. Ellos observaron que las velocidades de disolución. SHZO)agitadas en agua en un flujo continuo en

eran las mismaspara experimentos en estado estacionario o tipo batch. Usaron dos cla­

ses de agitadores, uno de tipo hélice de tres aletas y otro de tipo turbina de seis a­

letas radiales. Coneste último se obtuvieron datos algo mas bajos que con el primero.

Ambasseries de datos caen debajo de los respectivos datos de Hixon y Hilkens, los cua

les fueron obtenidos con un agitador tipo turbina. Norealizaron experimentos sin co;

tacorrientes.

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39

Barker y Treybal (l) estudiando la influencia de los cortaoorrientes sobre

la velocidad de disolución de particulas de varios productos en agua en un recipiente

agitado, observaron que los coeficientes de transferencia de materia eran mayores cuan

do se usaban cortacorrientes que cuando no se usaban.

Harriott (27) observó en cambio, que a la velocidad necesaria para una com­

pleta suspensión en un recipiente agitado, los coeficiefiflhs de transferencia de mate­

ria son aproximadamentelos mismoscon o sin cortacorrientes. A velocidades menores,

los coeficientes son mayoressi no se usan cortacorrientes, pues en este caso esta

suspendida una mayor fracción de particulas. A mayoresvelocidades la dispersión mas

uniforme de las particulas y las mayoresfluctuaciones de la velocidad hacen que los

coeficientes sean mayoresen presencia de cortacorrientes.

Johnson y Huang (40) estudiaron los velocidades de disolución de sólidos

orgánicos desde una superficie plana, colocada sobre el fondo de un recipiente donde

se agita un liquido en régimen turbulento. Encontraron una disminución del coeficien­

te de transferencia de materia cuandose introducian cortacorrientes, hecho que expli

can comodebido a que, aparentemente, la velocidad de renovación de la superficie para

la operación sin cortacorrientes es mayorque con ellos.

Los efectos correspondientes a la variación del númerode cortacorrientes,

solamente fueron estudiados parcialmente por Hixony Wilkens, (36) quienes en su sistg;

maencontraron que el uso de mas de cuatro cortacorrientes no trae aparejada una pos­

terior variación de la velocidad de disolución.

El uso de cortacorrientes ha sido también parcialmente estudiado con rela­

ción al estudio de la transferencia de cantidad de movimiento, es decir, al consumo

de potencia en agitación.

Bissell et al. (5) estudiaron el efecto del númerode cortacorrientes, en­

contrando que entre 2 y 4, el número de retencia, Po, aumentaba con la potencia 0,43

del númerode cortacorrientes.

Rushtonet al.(80), estudiando el efecto del tamañode los cortacorrientes,

observaron que en régimen laminar no afecta, mientras que en régimen turbulento si.

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El Po aumenta con 1a potencia de 0,30 del factor de forma Hl/dl, variando éste entre0,15 y 0,5, lo que corresponde a cortacorrientes cuyo tamaño es de 5 a 17%del diáme­

tro del recipiente.

1.6 V a e ámetr el ci dro er r

El único antecedentes sobre el efecto del factor de forma dl/d2 sobre latransferencia de materia en cilindros rotatorios es el trabajo de Eisenberg et a1.(l7),

quienes vieron que este factor no afecta la velocidad de transferencia.

Barker y Traybal (1) observaron que la variación de 1a relación de los dia!

metros de rotor y recipiente no tiene influencia sobre 1a transferencia de materia des­

de particulas suspendidas en el seno de un liquido agitado. En cambio observaron que

usando mayores diámetros de recipiente pero manteniendoigual la relación entre éste y

el rotor aumentabala velocidad de transferencia de materia.

Rushton et al. (80 ) estudiaron 1a influencia de la variación de la relación

de diámetros de rotor y recipiente sobre el consumode potencia en agitación, observan

do que solamente influia cuando se usaban cortacorrientes.

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2. P A R T E E X P E R I M E N T A L

2.1. INTRODUCCION

Este trabajo es una contribución al estudio de transferencia de materia en sis

tema sólidooliquido con y sin reacción quimica. El material sólido es soluble y por lo

tanto la reacción quimica se realiza simultáneamentea la difusión. La reacción quimi­

ca es de segundoorden, rápida e irreversible.

Los sistemas elegidos para realizar este estudio fueron ácido benzoico disol­

viéndose en agua, soluciones acuosas de glicerina, soluciones acuosas de HONay solu­

ciones acuoglicáricas de HONa.

Para la disolución fisica, los resultados se condensanen correlaciones ge­

nerales de númerosadimensionales, de la forma Sh =1vI(Re,Sc). Para disolución con re­

acción química, los resultados se expresan en forma de FR como función de CEL/OA1Y

ScA/ScB.

Si bien la bibliografia sobre sistemas sólido-liquido comprendevarios tra­

bajos que presentan sus resultados en forma de correlaciones generales, solamente dos

son los que lo hacen con un sistema geométrico relacionado al usado en este trabajo,

presentando resultados discordantes. Dichos trabajos son los de Eisenberg, Hilke y To­

bias (17) y de Bennett y Lewis (3). Comoen‘este trabajo interesa estudiar la influencia

de ciertos factores de forma, se varia la relación de diámetros de los cilindros inteu

rior (rotor) y exterior (recipiente) y se introducen cortacorrientes Variándose su núw

mero y tamaña.

Estudios de los factores de reacción solo fueron hechos, en el sistema de

cilindros rotatorios por Sheruoody Ryan (89). Marangozis y Johnson (58) los estudia­

ron en un sistema geométricamente distinto, obteniendo resultados concordantes. En amp

bos trabajos, los valores de ScAeran menoresde 1.000. Interesa en el presente traba”

Jo cubrir mayores valores de ScA.Por lo tanto, se estudió la disolución de ácido benzoico en:

agua

agua-glicerina

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HONa-agua

HONa-agua-glioerina

estudiandóse para cada caso la influencia de los factores geométricos mencionados.

Ademásse trabajó con dos tamaños del equipo geométricamente similares (de

dimensiones tales que uno es el doble del otro) con el objeto de verificar el cambio

de escala.

2.2. DESCRIPCION DEL EQUIEQ

El sistema consta esencialmente de un cilindro interior que gira alrededor

de su eje y que llamaremos rotor y de un cilindro exterior que contiene el liquido y

que llamaremosrecipiente (figura 5).

El rotor es accionado por un motor de C.A. 220 Volt 1490 r.p.m., de á HP.

por intermedio de una transmisión análoga al cabezal de una rectificadora. La variación

de la velocidad de rotación se hace mediante un Juego de poleas ne siendo posible por

lo tanto una variación continua. las velocidades posibles están comprendidasentre

245 y 4710r.p.n. (figura 6).

El rotor está formado por un eJe sobre el cual se calza la probeta anular

de ácido benzoico (de aproximadamente30 mm.de altura) entre anillos similares de a­

cero inoxidable (figura 7). Estos anillos de acero inoxidable tienen comoobjeto proc

longar el cilindro rotor de tal modoque las bases se hallan alejadas de la superfie

cie soluble y por le tanto no introduzcan efectos extraños que afecten el flujo hidro­

dinamico de la zone donde se produce la transferencia de materia. Coneste artificio

es posible aproximarseal limite teórico de cilindros infinitamente largos.

Se usan dos tamaños de rotor: uno de 60,0 mm. de diametro y de 240 mm. de

altura, y otro de 30,0 por 120 mm.respectivamente.

Comose estudia la influencia de la relación de diámetros de rotor y reci­

piente, se usaron varios tamaños de este último. Correspondiente al rotor más grande

se usaron recipientes de 360 mm.de altura y cuatro diámetros diferentes: 244, 198,

122, y 70,8 mm.Correspondiente al rotor mas chico se usaron recipientes de 180 mm.

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ÑEGIPIENÏE

ÑÜÏÜR

(cilindroextcriar)

(cilindro¡”fiar/bn)

\

CORTAGORRIENÏES

¿W

P1908554DE¡46/00

flGERÜINOXIDABLE¿”10,60

\

FASE¿[fit/IDA

FIGURA5:EsqnemdelEquipo

FIGURA7:Ambostutoresutilizadosmostrándoeo laacorrespondientesprobetasdeácidobenzoico ylosanillosdeaceroinoxidable.

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(a)(b)

FIGURAé:(a)Equipoutilizado.(b)Elmismoequipoperoenelcualno sehacolocadoelcilindroexterior(recipiente),a.efectosdemostrar elrotor.h

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43

de altura y dos diámetros distintos: 119 y 50,3 mm.De esta manera el factor de forma

dl/d2 (o sea diámetrocilindro interior/diametro cilindro exterior), se varia entre0,246 y 0,848. Los recipientes son de hierro, pintados interiormente con resinas

epoxi para aumentar su resistencia a la oxidación y corrosión. Son excepcionales los

de 70,8 y 50,3 mmude diámetro los cuales por su pequeño diámetro no pueden ser pinta­

dos en su interior y por lo tanto se construyeron en acero inoxidable.

Las tapas de los recipientes se ajustan mediante tres tornillos con maripo­

sas, lograndose un cierre hermético gracias al uso de una guarnición de gomapluma.Los

cortacorrientes son de hierro y también fueron pintados con resinas epoxi. Se adhieren

al recipiente mediante el uso de una mezcla de 5 partes de parafina y una parte de re­

sina colofonia. Esta mezcla se coloca fundida en la linea de contacto del cortacorrieg

te con la pared del recipiente, los cuales se mantienenadheridos, una vez solidifica­

da.­

La altura de los cortacorrientes es la mismaque la del recipiente, y los ag

chos utilizados fueron, para los de 360 mm.de altura: 12, 24 y 48 mm.y para los de

180 mm.de altura: 6, 12, 24 y 42 mm.Con esto se consiguió llegar a un valor máximo

del factor de forma Hl/f (dz-dl) de 0,954.El agua utilizada en todos los casos fue agua desmineralizada de pH= 7.

2.2.1. Ezgpggggión de La pggbeta de ácido benzgigg

Las probetas de ácido benzoico se hicieron por compactación en una matriz,

a una presión de 200 atm mediante una prensa hidráulica. Se prefirió 1a compresión

del sólido en vez de la fusión pues este último proceso tiende a dar distinta orienta

ción a los cristales comofue observado por Robertson (76).

Se usaron dos matrices correspondientes a los dos tamañosde rotor utiliza­

dos. Las matrices consisten en un cuerpo exterior, un cuerpo central y dos anillos mo­

vibles (figura 8). Las matrices son de acero y todas las partes pulidas, de tal modo

que la superficie de las probetas de ácido benzoico fuera muylisa. Las probetas re­

sultan fuertes y resistentes, de bordes bien definidos, de modoque al colocarlas en

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el rotor no hay discontinuidad entre ellas y los anillos de acero inoxidable.

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Se estudió cualitativamente el efecto que trae aparejado una compactacióndel

ácido benzoico a presiones distintas, observándose que un prensado a mayorpresión con­

duce a una mayortransferencia de materia. Por lo tanto para evitar introducción de una

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nueva variable, se usaron solamente aquellas probetas que para un peso comprendido en­

tre 67,0 y 68,0 gramos (las grandes) o 17 a 18 gramos (las chicas) tuvieran una altu­

ra entre 29,5 y 30,5 mm.

Las probetas usadas en su gran mayoria tenian una altura de aproximadamente

30 mm., pero se hicieron algunos experimentos usando probetas dobles es decir de apro­

ximadamente60 mm.de altura. La razón de esto fue verificar que no hubiera efectos de

borde, es decir que la disolución del ácido benzoico no ocurriera preferentemente en

los bordes. En tal caso, al usar una probeta de doble altura deberia obtenerse una

mismatransferencia de materia por unidad de area (moles/cm2seg). Se observó experi­

mentalmente que la disolución se produce uniformemente en toda la superficie de trang

ferencia, siempre que se realicen las experiencias con una duración adecuada.

El ácido benzoico usado es un producto de marca Merck (de fabricación Alema­

na, sublimado, blanquisimo, que cumple con los requisitos de la Farmacopea Internacig

nal).

El uso del material tal cual se encuentra en el comercioes satisfactorio,

pues la distribución arbitraria de tamañode particulas otorga buenas propiedades de

compactación (76).

2.3. DEngfiluACIONES EXPERIMENTALQQ

El sistema se operaba de la siguiente manera:

a) Se pesa al mguna probeta nueva de ácido benzoico y se mide su altura con un cali­

bre. Esa probeta habia sido sumergida previamente (2 o 3 dias antes) en agua des­

tilada durante media hora y luego puesta en desecador con 012 CBhasta P030 CODS'tante.

b) Se coloca la probeta en el rotor, el cual, una vez armado, se coloca en el interior

del recipiente y se sujeta a la transmisión.

c) Se llena el recipiente (cuya temperatura fue previamente determinada) hasta el tope

con el liquido en el cual se disolverá el ácido benzoico y se ajusta la tapa. El

liquido debe ocupar la totalidad del recipiente, de modoque no quede aire incluido.

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d) Se pone en marcha el motor que acciona el rotor y simultáneamente se pone en fun­

cionamiento un cronómetro.

e) Transcurrido el tiempo previsto para la duración del experimento, se detienen el

motor y el cronómetro.

f) Se desajusta la tapa y se sifona el liquido a otro recipiente donde se tomanueva­

mente su temperatura, que en todos los casos se vió era igual que antes de la co­

rrida.

Vg Se retira el rotor de la transmisión y se saca la probeta de ácido benzoico que se

lava ligeramente con agua destilada y se coloca en un desecador con 612 Ca. No a.utiliza un desecador al vacio, ni una estufa para secar la probeta de ácido benzoi­

co, para evitar su parcial sublimación.

h) En los días subsiguientes se pesa la probeta hasta llegarse a peso constante.

Se desecha la medida si la cantidad de acido benzoico disuelta supera l g 6

400 mg según se haya usado una probeta de 60 mm. o de 30 mmde diámetro, pues se ob­

servó que el disolverse tales cantidades, respectivamente aparecen rugosidades en la

superficie de la probeta.

El contacto de la probeta de ácido benzoico con la solución, durante el lle­

nado y vaciado del recipiente, produce una disolución que es despreciable y por lo tan

to no se tiene en cuenta su efecto. Esto se sabe pues se hicieron ensayos que muestran

que la cantidad de ácido benzoico disuelta en ese intervalo, en las condicionesamás

desfavorables es a lo sumoel 1%de la que se disuelve durante la experiencia.2.4.WLa concentración de soluto en el seno de la solución al comienzo de una co­

rrida la llamamoscin, la cual en la gran mayoria de los experimentos es igual a cero.A medida que el experimento procede, esta concentración va aumentando, hasta que al

final de 1a corrida alcanza un valor of, que se calcula en base a la cantidad de ben­zoico disuelto (conocida por la diferencia de peso de la probeta de ácido benzoico

antes y después de la corrida) y al volumende liquido contenido en el recipiente.

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En la interfase entre el cilindro rotatorio y la solución, la concentración de soluto

es en todo momentoigual a la concentración de saturación Cs. Esta suposición 80 justj.

fica en vista del trabajo de Noyesy Whitney (68). Por lo tanto la transferencia de mg

taria del soluto disolviéndose en la solución procede en condiciones de estado no es­

tacionario con una filerza impulsora (diferencia de la concentración) que disminuye

gradualmente .

Es posible entonces definir un coeficiente de transferencia de materia con;

tante kL mediante la ecuación

N z kL A cma [85]

donde N es velocidad de transferencia (moles/cm‘2seg) y A cm es la diferencia de

concentración media (moles/cm3), es decir

Acma:cs-t(°in*°f)Es posible utilizar la mediaaritmética en vez de la logaritmica pues las

experiencias son de corta duración y por lo tanto la cantidad de ácido benzoico di­

suelta es pequeña,

Los datos de solubilidad del ácido benzoico en agua a distian temperatu­

ras fueron obtenidos del libro de Seidell (82). En cambiola solubilidad del ácido

benzoico en soluciones de glicerina, a 25,OQCfueron determinados experimentalmente

mediante la técnica Quese indica másadelante. A partir de estos datos de solubili­

dad de la concentración cf determinada por calculo y de cin que 59 conoce, 86 calcu­

la A c:1mmediante la ecuación C86] .

La velocidad, N, de disolución del sólido so determina en bue-ea la pérdida

de peso de la probeta de ácido benzoico, al área interfasial A :11' din y al tiempo t.

El coeficiente de transferencia de materia, k1, se calcula entonces para cada experi­

mento, mediante la ecuación [85] .

las densidades y viscosidades del agua a distintas temperaturas fueron ob­

tenidas de Perry (71). Las densidades de las soluciones de glicerina se determinaron

experimentalmente a 25,0 Í 0,590 (con balanza de Mohr) obteniéndose: 1,075 g/cm3 y

1,090 g/cm3, respectivamente para las soluciones 3,65 My 4,44 M. Las correspondientes

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viscosidades se obtuvieron de la bibliografia (13). Las densidades y viscosidades coa

rrespondientes a las soluciones de HONase consideran iguales a los respectivos sol­

ventes pues se comprobóexperimentalmente que difieren en menos del 0,51.

Para la difusividad, DA,del ácido benzoico en agua y en soluciones de gli­

cerina, se usaron los datos que figuran en un trabajo de Eisenberg et al. (17). La va

riación de esos valores por la presencia del HONaen la solución no se tiene en cuen­

ta.

Los valores de la difusividad del HONaen agua y en soluciones de glicerina,

fueron determinados experimentalmente, por la técnica que se indica más adelante.

2.4.1. flgtgzginacién de solubiliggdes.

Se determinaron las solubilidades del ácido benzoico en soluciones acuosas

do glicerina 3,65My 4,44M, a 25,0 Í 0,596, utilizando el método siguiente:

Se prepara una solución saturada a mayor temperatura que aquella a la que se quiere

conocer la solubilidad y se deja enfriar lentamente, agitando la solución para evitar

la posible sobresaturación. Unavez alcanzada la temperatura requerida se filtra a

través de papel de filtro. El embudoy el frasco receptor del filtrado están a la tem

peratura de la solución. El filtrado se titula con solución valorada de HONausando­

se fenolftaleina comoindicador.

Las determinaciones so hicieron por triplicado, promediándoselos resulta­

dos. Los resultados obtenidos fueron:

solubilidad del ácido benzoico en glicerina 3,65 Ma 25,096 23,18 x 10-5 moles/cm3

n n n n n n 4,44 M " " =4,34 x 10’s moles/cm?

Las desviaciones medias túnron 0,6 y 0,5% respectivamente para ambosvalo­

res obtenidos. Para estas determinaciones se usó ácido benzoico de marca Baker de

grado pro-análisis (patrón primario). La glicerina usada en todos los casos era tri­

ple destilada.2.4.2MW.El métodoutilizado es el llamdo metodo de 1a celda de placa porosa, intrg

ducido por Northrup y Anson (67) en 1929 y modificado luego en cuanto al diseño del

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49

aparato original por varios investigadores (60, 29).

El aparato utilizado en este trabajo es igual al diseñado por Mouquiny Cat­

hcart (66) el cual difiere de los demassolamente en la forma de agitación de los li­

quidos, la cual se efectúa por medio de dos pequeñas esferas de vidrio las cuales se

muevena través de los liquidos cuando rota la celda. La velocidad de rotación de la

celda es de una revolución por minuto.

Las determinaciones se hicieron a temperatura ambiente, la cual se mantenía

en un intervalo de Í 0,590 durante toda la determinación. Todas las experiencias se

hicieron a temperaturas medias ambientes entre 26,0 y 27,090. Se redujeron los valores

obtenidos a 25,090 mediante la ecuación:

D ¡a = constante [87]T

Esta ecuación, si bien solamente es válida para sustancias no disociadas (4),

puede utilizarse con pequeñoerror para moléculas disociadas para pequeños intervalos

de temperatura, comosucede en el caso presente. Esta ecuación fue verificada en un ig

tervalo de 59C, con datos experimentales de la difusividad del ácido benzoicc, que está

parcialmente disociado, obteniéndose una concordancia muybuena.

Un tiempo preliminar de difusión, de aproximadamentedos horas, es necesario

para lograr establecer un estado estacionario en el diafragma. Los liquidos son enton­

ces reemplazadospor otros frescos. El tiempo requerido para una suficiente transferen­

cia de materia fue de 7 a lO horas.

El cálculo de los coeficientes de difusión a partir de las medidasexperimen­

tales de tiempo de concentración basado en la ley de Fick está detallado en el libro

de Heissberger (104).

En la interpretación de los resultados se hacen dos suposiciones fundamenta­

les. La primera de ellas consiste en suponer que las concentraciones de las soluciones

cambian tan lentamente que se establece un estado estacionario en el diafragma y que

existe un gradiente de concentración lineal en todo momento.Si bien este no es el caso

real, Barnes (2) mostró en una solución rigurosa del problema, que esta suposición in­

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50

troduce un error que es despeciable, siempre que el volumen libre de la membranasea

menor de la décima parte del volumen del liquido, lo cual se cumple con gran exceso

en el aparato utilizado.

La segunda‘suposición que está implícita en la ley de Fick, es que D es una

constante para un dado material si bien estrictamente es función de la concentración.

Por lo tanto el Valor de D asi determinado es un valor "integral" sobre el rango de

concentraciones existentes entre ambasparedes de la placa porosa.

La constante de la celda que depende enteramente de sus dimensiones, es de­

terminada con un material de difusividad conocida bajo condiciones reproducihles en la

celda. Se usa para ello una solución 0,1 N de cloruro de potasio cuya difusividad a

25,090 en agua, determinada durante el tiempo tal que la concentración final de la so­

lución original es aproximadamente0,07 N, es 1,58 eng/dia (2).

Los resultados obtenidos reducidos a 25,096 fueron:

Difusividad del HONaen agua = 2.16 x 10'5 cm2/398

" " " " solución 3,65M de glicerina = 6.2 x 10'6 cm2/seg

n n n n n ¿’44M n a 3,0 x lO'6 cm2/seg

Las determinaciones se hicieron por duplicado siendo la desviación media en

los tres casos, de aproximadamente 3%. Ademasse vió que el uso de soluciones de dis­

tinta concentración (entre 0,02 y 0,2N) no introducia variaciones apreciables en los

resultados.

El HONautilizado para estas determinaciones era de marca Merck, de fabrica»

ción Alemana, de grado pro-análisis.

2-5- BEÉHLEAEQQ=

Se trabajó en la disolución de ácido benzoico en las diferentes soluciones

que se nombran a continuación:

1- agua (disolución fisica) - (Tabla I. Fig. 9, curva l)

2, HONa0,01 N en agua —(Tabla II. Fig. 10, curva 1)

3- HONa0,025 N en agua - (Tabla III, Fig. 11, curva 1)

4- HONa0,10 N en agua - (Tabla IV, Fig. 12, curva l)

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51

5 - glicerina 3,65 M (disolución fisica) - (Tabla V, Fig. 9. curva 2)

6 - HONa0,01 N en glicerina 3,65 M— ( Tabla VI, Fig. 10, curva 2)

7 - HONa0,025 N en glicerina 3,65 M- (Tabla VII, Fig. ll, curva 2)

8 - HONa0,10 N en glicerina 3,65 M- (Tabla VIII, Fig. 12, curva 2)

9 - glicerina 4,44 M (disolución fisica) - (Tabla IX, Fig. 9, curva 3)

10- HONa0,01 N en glicerina 4,44 M- (Tabla X, Fig. lO, curva 3)

ll- HONa0,025 N en glicerina 4,44 M- (Tabla XI, Fig. ll, curva 3)

12- HONa0,10 N en glicerina 4,44 M- (Tabla XII, Fig. 12, curva 3)

Ademasse hicieron algunas otras determinaciones a más altas concentracio­

nes de HONapara llegar a cubrir un mayor rango de la relación de concentraciones

CEL/cAi (Tabla XIII). Esto se hizo pues recién a cBL/cAimayores de 3 es notoria ladiferencia entre los valores deducidospor las distintas teorias.

Se obtuvieron iguales resultados sin cortacorrientea y con ellos, cualquie­

ra sea su númeroy tamaño. Tampocodifieren los resultados obtenidos con diferentes

relaciones de diámetros, de rotor y recipiente.

En los sistemas ácido benzoico - agua y ácido benzoico - soluciones acuosas

alcalinas se ha llegado hasta un valor de Rs de 9,8 x 105 correspondiente a una velo­

cidad de rotación Je 4710 r.p.m., usando el rotor de 60 mm.de diámetro.

Cuandose usaron las soluciones más viscosas (soluciones con glicerina) no

fue posible utilizar esas altas velocidades pues se observaba visualmente que en esas

condiciones se iban incorporando al seno del liquido un gran número de pequeñas bur­

bujas de aire finamente dispersas, variándose por lo tanto la viscosidad y densidad

del medioy el Valor del area de transferencia (por las burbujas adosadas sobre ella),

anulando asi 1a validez de la medida. Este fenómenoya se producía a 3025 r.p.m.. En

cambio, cuando se usaba las soluciones acuosas (sin glicerina) solo se producía a

4710 r.p.m. y en menor intensidad.

Los resultados de transferencia de materia sin reacción quimica (concentra­

ción HONa= 0) están representados en la figura 9. Se vc que la representación de Sh

en función de Re, a Sc constante en un grafico doble logaritmico no es una recta.

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52

Por lo tanto la expresión de los resultados en forma de correlación general del tipo

3h = mo Rem1scm2 es solamente una aproximación. En realidad el exponente del número

de Re es una función del mismn.Re. Una mejor aproximación es suponer que 1a represen­

tación de 3h en función de Re, a Sc constante, en un gráfico doble logaritmico es una

parábola de segundo grado.

Por el método de cuadrás minimos se determinó 1a función log Sh = log mo +

m1 log Re-+ m2log Sh, resultando que m2g 0,483. Es decir el exponente del Sc es

aproximadamenteigual a 0,50. Tomandoeste valor para el exponente del Sc, se calculó

por cuadrados minimos la función que relaciona log (ah/Sc 0,50) con log Re, suponiendo:

1) una relación lineal, o sea: log (Sh/Sco'5o) : log má+ mi log Re

2) una relación cuadrática, o sea: log (Sh/Sc0'5o) : log mg + mí log Re a mg (log Rs)2

Los resultados obtenidos fueron, para el caso l)

log (sn/Sc0'50) = - 2,26 + 0,868 log Re

y para el caso 2)

log (sn/Sc0'50) ; 1,95 —0,856 log Rs s 0,174 (log Re)2

Estas ecuaciones puedenescribirse respectivamente, en la forma:

sn 3 0,00540 Rso’868 Sc0'5o

8h z 89,1 Re-0,856 lo 0,174 (log Re)2 Sc0:50

En la figura 13 están representados los valores experimentales y las ecua­

ciones de la recta y parábola determinadas. Se observa que la parábola de 29 grado des­

cribe muchomás satisfactoriamente el comportamiento observado experimentalmente. En

efecto, las desviaciones cuatrimétricas medias y desviación máximacorrespondientes son:

Ecuación Desv. cuad. media Desv. max.

recta 11,8% 53%

parábola 5,8% 17%

Los resultados de la transferencia de materia con reacción quimica, se expre­

san en términos del factor de reacción FRen función de la relación de concentraciones

cab/cAi y de la relación de números de Schmidt ScA/ScB.

Los resultados obtenidos figuran en 1a Tabla XIVy están graficados en las

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figuras 14, 15, 16 y 17. En la figura 14 se comparanentre si los datos experimenta­

les obtenidos. En las figuras 15, ló y 17 se comparanpara cada sistema los Valores

experimentales con las distintas teorias, observándose Laaplicabilidad ¿e la ee-[8719”

m2: V} , siendo SCA/Sca ¿(meten de Cu lo“.d b e a me r n e

Para verificar la reproducibilidad del métodose repitió de tanto en tanto

3 o 4 veces un mismoexperimento siempre en iguales condiciones. Se comprobóque la

reproducibilidad era enteramentesatisfactoria.

2.6 DISCUSLQN DE LOS RESULTAQOS2.6.1.WWWEn el presente trabajo, ademásde las experiencias sin cortacorrientes, se

realizaron un gran número de experimentos en los que se usaron entre 2 y 24 cortaco­

rrientes de un tamañotel que la relación entre el ancho de los mismosy el espesor

de la capa de liquido comprendidaentre el rotor y la pared del recipiente (diferencia

entre los radios del recipiente y del rotor)se varió antro 0,13 y 0,95 .

El flujo, comoresultado de la colocación de cortacorrientes, tiene corrien

tes verticales, que son deseables en todas las operaciones de mezcladoy agitación.

Pero se observó que la inserción de cortacorrientes no va acompañadapor

variación alguna de la velocidad de transferencia de materia tanto con comosin reac­

ción quimica. Este hecho es muydificilmente explicable por la teoria de 1a pelicula

laminar, ya que la presencia de cortacorrientes deberá afectar las condiciones hidro­

dinámicas del flujo de liquido de tal modoque el espesor de la pelicula deberia dis­

minuir, aumentandoen consecuencia el coeficiente de transferencia de materia.

la"stefenómenopuede ser en cambio, interpretado en términos de la teoria de

la renovación de la superficie, diciendo que la velocidad de renovación superficial

no es afectada por la presencia de cortacorrientes.

Barker y Treybal (l) muestran que en régimen turbulento, el coeficiente de

transferencia de materia es igual a la velocidad media de las fluctuaciones. Por lo

tanto, cualquier factor que promuevalas fluctuaciones incrementará la transferencia

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de materia. La obtención de mayorescoeficientes de transferencia en recipientes con

cortacorrientes que en recipientes sin ellos en iguales condiciones, observadopor

ellos experimentalmente, es entonces fácilmente explicable ya que el choquedel flui­

do contra obstáculos provoca remolinos en el seno del fluido, que producen fluctuacig

nes de la velocidad.

Dichos autores explican la disminución del coeficiente de transferencia de

materia desde particulas agitadas en el seno de un liquido, observadas por otros au­

tores (36,39) al colocar cortacorrientes, comodebida a distintas condiciones hidro­

dinámicas producidas por velocidades de rotación relativamente bajas. Esto está de

acuerdo con las observaciones de Harriott (27) quien observó que a bajas velocidades

de rotación, el uso de cortacorrientes producía una disminución del coeficiente de

transferencia de materia, mientras que, a altas velocidades, el efecto era inverso.

Barker y Trybal estudiaron la disolución de particulas suspendidas en el se­

no de un liquido agitado. En el presente trabajo el caso es distinto ya que se disuel

ve un cilindro que rota en el interior de un liquido observándose experimentalmente

que el uso de cortacorrientes no afecta el coeficiente de transferencia de materia.

Se podria interpretar entonces este hecho, comodebido a que los remolinos se produp

cen en el seno del fluido y no llegan hasta la interfase misma.Es decir, los cortaco­

rrientes no producirian fluctuaciones de la velocidad del fluido en contacto con la

superficie y en consecuenciano se afectaría el coeficiente de transferencia.

El uso de cortacorrientes para estudiar la transferencia de materia se con­

sidera conveniente por la mejor reproducibilidad de los datos obtenidos. Esto mismo

fué observado por Johnson y Huang (4) quienes recomiendan el uso de un sistema con

cortacorrientes para el estudio del mecanismode la transferencia de materia.

2.6.2. e t de a a c e et i e er or c e te)

Tampocola relación de diámetros de los cilindros interior y exterior es un

factor que tiene influencia sobre la velocidad de disolución con y sin reacción qui­

mica. Esto está de acuerdo con las observaciones de Eisenberg et al. (17). ¿ste hecho

se puede explicar de la mismamanera que la ausencia de efecto de los cortacorrientes.

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55

2.6.3. Correlación de ¿gs datos de transferencia gg materia sin reacción Quimica.

Comose dijo anteriormente la representación de Sh en función de Re, siendo

los demásfactores constantes, no es una recta en un gráfico doble-logaritmico y por

lo tanto no se cumple que Sb el proporcional a la potencia m1del Re siendo m1una

constante. Sin embargoes posible, aunque con un cierto error, tomar un valor promedio

de ml que se puede considerar constante en el intervalo estudiado.

Los resultados obtenidos por Eieenberg et al (17) en transferencia de mate­

ria tambión indican que entre log Sh y log Re no existe realmente una función lineal,

aunque se la puede suponer en forma aproximada.

Igual comportamientofue observado en transferencia de calor, entre log Nu

y log R. (16, 41, 83) y en transferencia de cantidad de movimiento, entre log f y log

Re (95).

Es interesante destacar que no hay una concordancia entre las distintas co­

rrelaciones generales que figuran en la literatura, en cuanto el exponente del número

de Re, lo cual es lógico de esperar si éste no es una constante sino que es función del

mismoRe, ya que, entonces, depende del intervalo considerado. De todos modoslos va­

lores del exponente del Re más frecuentes en la literatura están comprendidosentre

0,6 y 0,9.

Comofue discutido anteriormente, si el mecanismode transferencia de mate­

ria es interpretado por la teoria de la renOVaciónde la superficie, el exponentedel

númerode Schmidt debe ser 0,50 mientras que si es aplicable la teoria de la pelicula

turbulenta, debe ser l/3.

El valor experimental obtenido indica la posible aplicación de la teoria de

la renovación de la superficie al proceso de disolución fisica.

También Hixon y Baum(34) obtuvieron una correlación en que el Sc aparecia

elevado a la potencia 0,5. Pero los valores de Sc usados por ellos cubrían un rango

estrecho y por lo tanto e; exponenteobtenido esta afectado de cierta inseguridad.

Ellos adoptaron el valor 0,5 tentativamente porque este valor daba la mejor correla­

ción para todos los puntos y porque era aproximadamenteigual al valor 0,44 usado por

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Gilliland y Sherwood(23) para correlacionar sus datos de transferencia de materia a

un flujo turbulento de aire.

Enverdad, para transferencia de materia en sistemas sólido-liquido, la ree

lación entre el coeficiente de transferencia de materia y la difusividad molecular,

no ha sido tan bien determinada comopara otros sistemas. Pocos son los trabajos que

se han realizado con el objeto de estudiar el efecto del núemrode Schmidt sobre la

transferencia de materia, y los resultados son relativamente discordantes.

Linton y Sheruood (55) obtuvieron datos sobre la disolución de tubos y ci­

lindros en un liquido en flujo turbulento. Lin, Dantony Gaskill (53) midieron velo­

cidades de transferencia de materia desde un electrólito fluyendo a la superficie de

un electrodo, correlacionando sus datos con respecto al númerode Schmidt a la poten­

cia 2/3.

Eisenberg, Tobias y Hilke, (17) obtuvieron una correlación para disolución

de sólidos y reacciones electrolïticas redox en cilindros rotatorios en la que el ex­

ponente del Sc era 0,356. Los mismosautores evaluaron el coeficiente de transferencia

de materia a partir de velocidades del limite de electrólisis y de velocidades de di­

solución do sólidos orgánicos sin aplicación de agitación mecanica (107). En este caso

obtuvieron una correlación en la que el exponente del Sc es 0,25. Gaffney y Drew (21)

determinaron el coeficiente de transferencia de materia para tres solventes orgánicos

fluyendo a través de lechos de esferas de ácidos orgánicos y obtuvieron que la altura

de una unidad de transferencia (HTU)aumentaba con la potencia 0,58 del Sc.

Garner y Keey (22) obtuvieron un exponente de l/3 para el Sc estudiando la

transferencia de materia desde una esfera de acido orgánico en una corriente de agua

fluyendo a bajos números de Reynolds.

Johnson y Huang (40) obtuvieron el valor 0,333 para el exponente del número

de Schmidt. En un trabajo posterior (59), los mismosautores hacen una revisión de an­

tecedentes bibliográficos sosteniendo el valor l/3 comoel mejor, pero existen datos

experimentales que muestran que el exponente 0,5 da una desviación de los resultados

mucho menor.

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57

Los resultados obtenidos con los dos distintos tamaños de equipo utilizado

son perfectamente concordantes, verificandose con ello el cambiode escala.

2.6.4. Dates Qe transgerengia gg materia gg; ¡gaccifig Quimica.

Comparandolas figuras 9, 10, ll y 12, se ve que todas las curvas son muy

aproximadamenteparalelas entre si, lo cual significa que la existencia simultanea de

la reacción quimica, a distintas concentraciones de HONay a distintos números de Sch»

midt, no modifica la influencia de Reynolds sobre el Sheruood.

En la figura 14 se ve que a cualquier valor de la relación de concentracio­

se obtienen mayores Fnes c para mayores valores de la relación Seg/Sc o loBL °A1 R B

que es lo mismo, de la relación DB/DA.Esto está de acuerdo con todas las teorias so­bre la transferencia de materia con reacción quimica de 20 grden rapida y irreversible.

En las figuras 15, 16 y 17 se comparan para el sistema ácido benzoico-agua

los valores experimentales con las distintas teorias. Los valores predecidos por la

teoria de la renovación de la superficie son aproximadamentecoincidentes con los pre

decidos por la de Meyerink y Friedlander (62).

Se observa que la teoria mas apropiada parece ser la de la pelicula turbu­

lenta, teniendo en cuenta los efectos iónicos. Esto coincide con las observaciones de

Marangozis y Johnson (58).

Un comportamiento análogo se observa para los sistemas ácido benzoico-glice­

rina 3,65 My ácido benzoico-glicerina 4,44 M.

Tambiénen el caso de disolución con reacción quimica ha sido satisfactorio

el cambio de escala.

2.7. CONCLUSIONES

De los resultados del presente trabajo pueden sacarse las conclusiones si­

guientes:

la variación de la relación de los diámetros de los cilindros interior y ex­

terior y la ausencia o presencia de cortacorrientes de distinto tamañoy en distinto

número, no afectan la velocidad de transferencia de materia con y sin reacción quimica.

La expresión de los resultados de la transferencia de materia sin reacción

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quimica en forma de una correlación del tipo Sh a mo Remi 30m2es 8010 una aPrOX-ï'

mación ya que 1a relación entre log Sh y log Re siendo los demásfactores constantes

no es una función lineal sino que está muchomejor descripta por una ecuación de se­

gundo grado.

El valor 0,50 obtenido para el exponente del Sc, para la disolución sin

reacción quimica es una evidencia para la posible aplicación de la teoría de la re­

novación de la superficie.

Dicha teoria no es en cambio confirmada en el caso de la transferencia de

materia acompañadapor reacción quimica, donde seria aplicable en cambio, la teoria

de la pelicula turbulenta.­

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TABLAI - se)

Concentración de HOHa- 0. Sistema: ¿oido benzoioo - aguaSin oortacorrientea

Exggr dl dz dl/a n 82:2? t rpm r H. 108 kIrIOB Sh1163 30:153 Sedis.

mn mm mm mg seg °C 73%3 cm/aeg

1 60,0 244 0,25 30,3 464 900 245 22,0 7,73 3,28 1,95 48,2 1020

2 60,0 244 0,25 30,0 528 720 420 22,0 10,63 4,20 2,68 82,8 1020

3 60,0 244 0,25 30,3 634 600 665 22,0 15,15 5,98 3,82 131 1020

4 60,0 244 0,25 29,6 882 480 107o 22,0 27,0 10,7 6,84 211 1020

5 60,0 244 0,25 30,1 688 24o 1785 22,0 41,4 16,4 10,5 351 1020

6 60,0 244 0,25 30,2 715 120 3025 22,0 87,5 34,8 20,9 595 1c20

7 60,0 244 0,25 60,4 928 900 245 22,0 7,43 2,95 1,88 48,2 1020

8 60,0 244 0,25 59,7 109o 480 665 22,0 16,5 6,55 ’18 131 1020

9 60,0 244 0,25 59,8 1324 120 3025 22,0 80,2 32,1 20,5 595 1020

26 60,0 196 0,31 30,0 460 720 245 25,5 9,26 3,30 1,95 52,0 ¿75

27 60,0 196 0,31 30,3 375 600 420 26,0 13,7 4,84 2,83 90,4 858

28 60,0 196 0,31 29,9 628 ,¿0 665 26,0 19,2 5,71 3,93 143 :5:

29 50,0 196 0,31 29,3 541 24o 107o 26,0 32,9 11,6 6,77 250 :5:

3C 30,0 196 0,31 30,2 630 180 1785 25, 50,5 18,0 10,6 379 C73

31 ¿0,0 196 0,31 30,4 381 90 3025 23,5 92,4 33,0 19,5 643 975

32 60,0 196 0,31 30,1 725 60 4710 25,5 175 62,3 36,6 992 875

33 50,0 196 0,31 29,9 527 24o 107o 23,5 32,0 11,22 6,63 223 875

34 60.0 196 0,31 30,3 492 72o 245 25,5 9,81 3,44 2,03 52,0 875

7" 60,0 196 0,31 30,2 541 24o 1070 25,5 32,5 11,40 6,73 228 875

36 60,0 196 0,31 29,8 471 72o 245 25,5 9,56 3,35 1,98 52,0 875

37 60,0 196 0,31 30,0 525 240 107o 23,3 31,7 11,2 6,56 228 875

34 60,0 122 0,49 30.0 444 720 245 24,0 8,94 3,40 2,07 50,4 933

¿5 50,0 122 0,49 29.9 513 420 665 24,0 17,8 6,79 4,08 137 533

06 60,0 122 0,49 29,7 502 24o 107o 24,0 30,6 11,7 7,14 220 933

87 60,0 122 0,49 29,9 506 9o 3025 24,0 82,0 31,3 19,1 623 933

88 50,0 122 0,49 30,1 622 60 4710 24,0 150 57,7 35,2 97o 933

101 60,0 7o 0,86 29,7 109 180 245 25.5 8.83 3,20 1,89 52,0 675

102 60,0 7o 0,86 30,1 179 300 245 25.5 8,60 3,06 1;51 52.0 375

103 60,0 7o 0,86 29,9 316 600 245 25,5 7,65 2,91 1.72 52.0 “75

104 60,0 70 0,86 29,9 176 9o 107o 25,5 26,5 10,5 6,21 227 673

105 30,0 118 0,25 30,4 320 480 1070 25,0 19.0 7,04 2,10 56.6 393

106 30,0 118 0,25 30,4 577 900 107o 25,0 10,3 6,90 2,06 56,6 ¿33

107 30,0 118 0,25 30.0 447 720 1070 25,0 18,0 6,74 2,01 56,6 893

108 30,0 11a 0,25 30,0 403 1800 245 25,0 6,47 2,41 0,72 12,9 893

109 30,0 118 0,25 29,7 282 1200 245 25,0 5.67 2.54 0.75 12.9 393

110 30,0 118 0,25 29,8 289 900 420 25,0 9,35 3,45 1,03 22.1 89

111 30,0 118 0,25 29,9 290 600 665 25,0 14,1 5,19 1.23 35.0 893112 30,0 118 0,25 30,3 287 300 1785 25,0 27,4 10,10 3,05 93,9 393

113 30,0 118 0,25 30,1 389 24o 3025 25,0 46,8 17,4 5,19 159 893

114 30,0 118 0,25 29,9 282 120 4710 25,0 71,0' 26,2 7.84 248 893

19o 30,0 50 0,60 29,7 208 900 245 24,5 6,75 2,52 0,76 12,8 913

191 30,0 50 0,60 29,9 197 420 665 24,5 13,6 5,06 1.53 34,6 913

192 30,0 50 0,60 30,1 195 300 107o 24,5 18,8 7,01 2,12 55,7 913

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TABLA I - b

Concentración de none = 0. Sistema: ácido benzoico - aguaConcortacorrienteo

V. ácido -2 _‘ al 02 (ll/dz na H1 "_ h benz. t rpm 2 Hu 108 kr. 103 Shglo' 119.103 Sc' l 2 dio.

¿un nn mn mm mg seg ° C ¿{Í-OEST- cm/s 0L;

10 60,0 244 0,25 3 12 0,13 30,2 512 900 245 23,0 ¿5,20 3,16 2,02 49,3 976

11 60,0 244 0,25 3 12 0,13 29,8 596 720 420 25,0 12,05 4,65 2,96 84,6 976

12 50,0 244 0,25 3 12 0,13 60,2 1152 720 420 23,0 11,54 4,47 2,79 04,6 976

13 60,0 244 0,25 3 12 0,13 30,3 093 450 1070 23,0 26,8 10,42 6,50 215 976

14 60,0 244 0,25 3 12 0,13 30,1 730 240 1705 P3,0 43,9 17,0 10,6 369 976

15 60,0 244 0,25 3 12 0,13 30,0 685 120 3025 23,0 82,7 32,0 20,0 609 976

16 60,0 244 0,25 3 24 0,26 29,7 477 900 245 23,0 7,77 3,00 1,87 49,3 976

17 60,0 244 0,25 3 24 0,26 30,1 531 480 665 23,0 16,22 6,28 3,92 134 976

18 60,0 244 0,25 3 24 0,26 30,0 700 360 1070 23,0 28,2 10,90 6,80 215 976

19 60,0 244 0,25 3 24 0,26 60,4 1301 360 1070 23,0 26,0 10,15 6,33 215 976

20 60,0 244 0,25 3 24 0,26 29,9 742 120 3025 23,0 89,9 35,0 21,8 609 976

21 60,0 244 0,25 3 48 0,52 29,6 446 900 245 23,0 7,27 2,81 1,75 49,3 976

22 60,0 244 0,25 3 48 0,52 30,0 579 400 665 23,0 17,44 6,75 4,21 134 976

23 60,0 244 0,25 3 48 0,52 29,7 766 240 1785 23,0 46,7 18,1 11,3 359 976

24 60,0 244 0,25 3 48 0,52 59,7 1503 240 1785 23,0 45,6 17,8 11,1 359 976

25 60,0 244 0,25 3 4a 0,52 30,2 720 120 3025 23,0 06,4 33,5 20,9 509 976

38 60,0 196 0,31 3 12 0,18 29,8 457 72C 245 24,5 9,45 3,50 2,11 51,0 913

39 60,0 196 0,31 3 12 0,18 30,0 570 420 665 24,5 19,7 7,29 4,40 139 913

4o 60,0 196 0,31 3 12 0,18 29,0 474 240 107o 24,5 28,6 10,7 6,44 223 913

41 60,0 196 0,31 3 12 0,18 29,9 484 150 1785 24,0 47,1 17,7 10,8 367 933

42 60,0 196 0,31 3 12 0,18 50,1 599 90 3025 24,0 96,3 36,2 22,1 623 933

43 60,0 196 0,31 6 12 0,13 30,2 44o 720 245 24,0 8,80 3.31 2,02 50,4 933

44 60,0 196 0,31 6 12 0,18 30,2 493 240 1070 24,0 29,6 11,1 6,80 220 933

45 60,0 196 0,31 6 12 0,18 29,6 564 90 3025 24,0 92,0 34,6 21,1 623 933

46 60,0 196 0,31 12 12 0,18 29,9 393 720 245 22,5 7,95 3,13 1,91 48,7 997

47 60,0 196 0,31 12 12 0,18 30,0 503 240 1070 23,0 30,4 11,8 7,27 215 975

48 60,0 196 0,31 12 12 0,13 29,7 544 90 3025 22,5 66,5 34,8 21,9 602 997

49 60,0 196 0,31 3 24 0,35 30,2 419 720 245 22,5 8,38 3,30 2,08 48,7 997

50 60,0 196 0,31 3 24 0,35 30,3 453 420 665 22,5 15,5 6,11 3,86 133 997

51 60,0 196 0,31 3 24 0,35 29,9 467 420 665 22,5 16,2 6,37 4,02 133 997

52 60,0 196 0,31 3 24 0,35 30,1 446 420 665 22,5 15,4 6,04 3,81 133 997

53 60,0 196 0,31 3 24 0,35 29,9 472 240 1070 23,0 28,6 11,1 6,92 215 976

54 60,0 196 0,31 3 24 0,35 30,1 464 150 1785 23,0 44,7 17,3 10,8 559 976

55 60,0 196 0,31 3 24 0,35 30,0 449 150 1785 23,0 43,4 16,8 11,5 359 976

56 60,0 196 0,31 3 24 0,35 29,6 499 90 3025 23,0 81,5 31,6 19,7 609 976

57 60,0 196 0,31 6 24 0,35 30,0 433 720 245 22,5 8,70 3,43 2,16 48,7 99"

58 60,0 196 0,31 6 24 0,35 29,7 462 240 1070 22,5 28,2 11,1 6,99 213 9“!

59 60,0 196 0,31 6 24 0,35 29,9 503 90 3025 22,5 81,4 32,0 20,2 602

60 60,0 196 0,31 12 24 ¡0,35 30,3 418 720 245 22,5 8,33 3,20 2,07 40,7

61 60,0 196 0,31 12 24 0,35 30,1 434 240 1070 22,5 26,2 10,3 6,50 213 997

62 60,0 196 0,31 12 24 0,35 30,0 483 90 3025 22,5 77,7 30,6 19,3 602 997

63 60,0 196 0,31 24 24 0,35 30,0 415 720 245 24,0 3,35 3,14 1,92 50,4 933

64 60,0 196 0,31 24 24 0,35 30,1 491 240 1070 24,0 29,6 11,1 6,79 220 933

65 60,0 196 0,31 24 24 0,35 30,3 533 150 1785 24,0 51,0 19,2 11,7 367 933

66 60,0 196 0,31 8 24 0,35 29,9 549 600 420 24,0 13,3 5,00 3,05 86,6 933

67 60,0 196 0,31 8 24 0,35 29,8 463 150 1785 24,0 45,0 16,9 10,3 367 933

Page 75: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

2A;L¿ I - Sb)‘ (continuación)

Concentración de Hongs 0. Sistema: ácido benzoico - agua

Conoortacorrientea

msn dl ¿2 ¿1/¿2 n, ¡1 ¡Sha n 1,35%. rm T M103 kLn103 311.163 119,163 Sc

mm mm mm mm mg seg 'C 02°:Zz om/eog

68 60,0 196 0,31 4 24 0,35 30,2 566 600 420 25,0 13,6 4,94 2,94 188,5 893

69 60,0 196 0,31 4 24 0,35 30,4 527 150 1785 25,0 50,3 13,3 10,9 375 593

70 60,0 196 0,31 2 24 0,35 30,1 456 720 245 25,0 9,15 3,33 1,99 51,5 093

71 60,0 196 0,31 2 24 0,35 30,0 573 420 665 25,0 19,8 7,20 4,30 140 893

72 60,0 196 0,31 2 24 0,35 29,7 554 240 1070 25,0 33,3 12,3 7,32 225 093

73 60,0 196 0,31 2 24 0,35 29,9 661 90 3025 25,0 107 33,5 23,2 637 893

74 60,0 196 0,31 3 4B 0,71 29,9 423 720 245 25,0 0,55 3,12 1,06 51,5 093

75 60,0 196 0,31 3 48 0,71 30,1 558 420 665 25,0 19,2 6,97 4,16 14o 895

76 60,0 196 0,31 3 48 0,71 30,3 547 240 1070 25,0 32,7 11,9 7,10 225 593

77 60,0 196 0,31 3 48 0,71 30,0 597 90 3025 25,0 96,2 35,0 20,9 637 893

78 60,0 196 0,31 6 48 0,71 29,8 583 600 420 25,0 14,2 5,16 3,03 38,5 993

79 60,0 196 0,31 6 4B 0,71 30,1 488 150 1785 25,0 47,0 17,1 10,2 376 593

80 60,0 196 0,31 12 48 0,71 29,8 439 720 245 25,5 8,90 3,40 2,10 49,8 953

81 60,0 196 0,31 12 48 0,71 29,7 499 240 1070 23,5 30,4 11,6 7,15 218 953

02 60,0 196 0.31 12 4a 0.71 30,1 560 go 3025 23,5 89,9 35,7 22,0 616 953

83 60,0 196 0,31 12 48 0,71 30,2 705 60 4710 24,0 169 63,8 39,0 970 953

89 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29,6 513 900 245 23,5 8,36 3,24 2,00 49,8 933

90 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,1 685 360 1070 25,5 27,5 10,7 6,60 218 953

91 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,2 509 90 3025 23,5 81,5 31,6 19,5 616 953

92 60,0 122 0,49 12 12 0,39 30,2 489 600 420 23,5 11,7 4,55 2,81 85,6 953

93 60,0 122 0,49 12 12 0,39 29,9 438 150 1785 23,5 42,6 16,5 10,2 363 953

94 60,0 122 0,49 .12 12 0,39 29,8 634 60 4710 23,5 154 60,0 37,0 960 953

95 60,0 122 0,49 3 24 0,77 30,0 519 900 245 24,0 8,35 3,19 1,95 50,4 933

96 60,0 122 0,49 3 24 0,77 29,7 515 240 1070 24,5 51,4 11,8 7,13 223 913

97 60,0 122 0,49 3 24 0,77 29,9 596 90 3025 24,5 96,4 34,9 21,1 530 913

98 60,0 122 0,49 12 24 0,77 30,0 519 420 665 24,5 17,9 6,72 4,06 139 913

99 60,0 122 0,49 12 24 0,77 30,3 515 150 1705 24.5 49,3 18,5 11,2 571 913

100 60,0 122 0,49 12 24 0,77 30,2 713 60 4710 24,5 170 64,0 38,7 982 913

136 30,0 118 0,25 3 6 0,14 29v9 274 1200 245 25,0 6,64 2,45 0,73 12,9 893

137 30,0 113 0,25 3 6 0,14 30,1 225 480 665 25,0 13,5 4,96 1,48 35,0 093

158 30,0 118 0,25 3 6 0,14 29:7 245 360 1070 25,0 20,0 7,39 2,20 56,6 893

139 30,0 118 0,25 3 6 0,14 30,0 275 180 3025 25,0 44,3 16,4 4,88 159 893

150 30,0 118 0,25 12 6 0,14 29,7 212 600 420 26,0 10,37 3,66 1,07 22,6 859

151 30.0 118 0,25 12 6 0,14 29,6 305 300 1785 26,0 29,8 10,60 3,10 95,0 0'39

158 30,0 118 0,25 3 12 0,27 29,7 215 900 245 25,5 6,99 2,51 0,74 13,0 075

159 30,0 118 0,25 3 12 0,27 29,9 208 420 665 25,5 14,4 5,15 1,52 35,3 875

160 30,0 118 0,25 3 12 0,27 30,0 279 180 3025 25,5 44,9 16,2 4,78 161 875

170 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,0 205 600 420 26,5 9,91 3,44 0,99 22,8 640

171 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,0 327 300 1785 26,5 31,5 11,01 3,19 96,8 840

178 30,0 118 0,25 6 24 0,55 2919 204 420 665 25,5 14,1 5,05 1,49 35,3 075

179 30,0 113 0,25 6 24 0,55 29.9 290 120 4710 25,5 72,0 26,2 7.74 250 s75

183 30,0 118 0,25 3 42 0,95 29,7 205 900 245 25,0 6,65 2,44 0,73 12,9 893

184 30,0 118 0,25 3 42 0,95 30,0 203 420 665 25,0 14,0 5,13 1,53 35,0 893

185 30,0 118 0,25 3 42 0,95 30,2 238 240 1785 25,0 28,5 10,41 3,11 93,9 893

199 30,0 50 0,60 3 6 0,59 29,9 176 600 420 24,0 8,50 3,22 0,97 21,6 933

200 30,0 50 0,60 3 6 0,59 29,8 172 300 1070 24,0 16,7 6,35 1,94 55,0 933

Page 76: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

MHConcentración de HONa= 0,01 N _ Sistemm ácido benzoico - agua

¡33" dl 82 61/6, nl nl 1_¿ h ¿gig? t rpm r ¡“108 ¡(“,103 5111103 ¡19.1o3 aoA ScB

nm m m mm mg seg '0 .ozoigg om/ueg

(a) - Sin oortnoorrientos

115 30.0 118 0,25 - - —- 30,2 249 660 245 24,0 10,85 4,03 1,23 12,6 933 435

116 30,0 118 0,25 - - -- 29,8 253 660 245 24,0 11,2t 4,16 1,27 12,6 933 435

117 30,0 118 0,25 - - - 30,0 225 420 420 24,0 15,5 5,76 1,76 21,6 933 435

118 30,0 1.18 0,25 — - - 30,1 227 300 665 24,0 21,9 6,12 2,48 34,2 933 435

119 30,0 118 0,25 - - - 29,8 259 240 1070 24,0 29,0 11,15 3,40 55,0 933 435

120 30,0 118 0,25 - - - 30,1 263 240 1070 24,0 31,6 11,75 3,53 55,0 933 —435

121 30,0 118 0,25 - - -- 30,3 279 180 1785 24,0 44,4 16,5 5,04 91,9 933 435

122 30,0 118 0,25 - - - 29,9 281 120 3025 24,0 67,9 25.2 7.69 156 933 435

123 30,0 118 0,25 -- - - 30,4 222 90 3025 24,0 70,4 26,2 7,93 156 933 435

124 30,0 118 0,25 - - - 29,8 33o 9o 4710 24,0 107.0 39.7 12,1 243 933 435

193 30,0 50 0,60 - - - 30,3 229 420 420 24,5 15,5 5,72 1,73 21,9 913 425

194 30,0 50 0,60 -— - -- 30,0 269 240 107o 24,5 32,5 11,93 3,60 35.7 913 426

204 60,0 122 0,49 - - - 29,9 565 360 420 25,0 22,9 8,26 4,83 88,5 893 416

205 60,0 122 0,49 - - - 29,3 665 60 3025 25,0 162 58,3 34,8 637 893 416

216 60,0 7o 0,86 - - - 30,01 355 360 420 26,0 22,4 7,80 4,60 90,3 859 398

(b? - Con eortnoorriontoa

14o 30,0 118 0,25 3 6 0,14 30,2 233 600 245 25,0 11,14 4,02 1,20 12,9 893 416

141 30,0 118 0,25 3 6 0,14 30,4 273 840 1070 24,5 32,5 11,74 3,51 55,7 913 426

142 30,0 118 0,25 3 6 0,14 30,2 302 120 3025 24,5 72,3 26,6 8,02 157 913 426

143 30,0 118 0,25 3 6 0,14 29,9 366 90 4710 24,5 [18 43,4 13,1 245 913 426

152 30,0 118 0,25 12 6 0,14 29.9 222 360 420 26,0 17,95 6,25 1,83 22,6 859 398

153 30,0 118 0,25 12 6 0,14 30,2 322 180 1785 26,0 51,4 17,9 5,24 95,8 B59 398

161 30,0 118 0,25 3 12 0,27 29.9 250 600 243 25.5 12,09 4,26 1,26 13,0 875 408

162 30,0 118 0,25 3 12 0,27 30,3 381 300 1070 26,0 36,5 12,7 3,72 57,4 859 398

163 _30,0 118 0,25 3 12 0,27 29,6 387 9o 4710 26,0 126,5 44,1 12,9 253 859 398

172 30,0 118 0,25 3 24 0,55 29,7 286 420 420 27,0 19,8 6,70 1,92 23,1 823 379

173 30,0 118 0,25 3 24 0,55 29,3 219 120 1785 27,0 53,2 17,9 5,13 97,8 823 379

180 30,0 118 0,25 6 24 0,55 30,0 266 300 685 25,5 25.7 9,07 2,68 35,3 875 408

186 30,0 118 0,25 3 42 0,95 30,4_ 244 300 665 25,0 23,2 8,36 2,50 35,0 893 416

201 30,0 50 0,60 3 6 0,59 30,2 214 420 420 24,0 14,6 5,44 1,66 21,6 933 435

210 60,0 122 0,49 3 24 0,77 30,0 342 360 42o 25,0 21,9 7,90 .4,71 88,5 893 416

211 60,0 122 0,49 3 24 0,77 30,2 536 9o 1785 25,0 85,8 31,0 18,5 371 893 416

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Ïlbhl¿LL

ConcentracióndeHONan0,025H -Sistema:ácidobenzoioo-agua

Exper

nl

d1

d2

dl/dz

n!

551“dz

ácido

hbenz.

din­

“.10B

1&¡103

8111163

38-163

A

So

mmm8

seg

'c

moles

cmse

om/eeg

(l)­

Sineortacorrientoa

125 126 127 129 130 195 196 206 207 217

30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 60,0 60,0 60,0

118 118 118 11850 50

122 12270

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,60 0,60 0,49 0,49 0,86

30,2 29,7 30,0 29,9 29,9 29,7 30,2 30,2 30,1 30,2 30,4

305 285 317 264 246 250 296 226 503 781 693

480 500

245 420 6651070 1785 3025

4201070

4203025

420

24,0 24,0 24.0 24,0 24,0 24,0 24,5 24,5 25,0 25,0 26,0

18,3 27,8 38,2 52,1 79.5122,3

28,3 54,2 40,1279

41.3

6,9310,32 14,2 19,8 '29,6 46,3 10,40 19.9 14,5

100,9

14,4

2,13 3,15 4,33 6,07 9,0214,2

3,14 6,01 8,6160,2

8,42

12,6 21,6 34,2 55,0 91.9156

21,9 55.7 88,5637

90,3

933 933 933 933 933 933 913 913 893 893 859

435 435 435 435 435 435 426 426 416 416 398

(b)­

Cancortacorrionton

144 145 146 154 155 164 165 166 174 175¡181

187 202 212 213

30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 60,0 60,0

118 118 118 118 118 118 118 118 118 118 118 11850

122 122

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,60 0,49 0.49

n M n H fi F\ F\ F\ F\ F\ W F\ n F\ M

W W W W W24 24

0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,27 0,27 0,27 0,55 0,55 0,55 0,95 0,59 0,77 0.77

30,3 30,0 29,9 30,2 30,0 29,8 30,3 30,1 30,1 30,2 29,6 30,2 30,3 30,1 29.7

251 310 265 313 293 295 260 271 348 300 271 248 235 516 621

360 15060

30090

420 12030

30090

180 180 240 18060

2451070 3025 1785

2451070 4710

4201785

665 665 420 4201785

25,0 25,0 25,0 26,0 26,C 26,0 26,0 26,0 27,0 27,0 25.5 25,0 24,0 25,0 25.0

20,0 59,8128,1

29,9 94,1 20,5 61,9261

33,4 95,9 44,1 39,6 20,0 40,7151

7,2221,6 46,2 10,42 32,8

7,1421,5 74.9 11,24 32,3 15,6 14,29 10,46 14,7 54,6

2,18 6,4513,8

3.05 9,60 2,09 6,3021,9

3,22 9,25 4,60 4,26 3,19 8.5732,6

12.9 56,6159

22,6 95.8 13,2 57,4253

23,1 97.8 35,3 35,0 21,6 88,5

893 893 893 859 859 859 859 359 823 823 875 893 933 893 893

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ConcentracióndeHONGn0,10B -Sistema:¿oidobenzoioo-agua

Exper.

nl

d1

d2

d1/d2

H1

ácido

dis.

rpm

¡.110e

1

la;10'

3111,103

R01163

80A

B

seg

'C

moles

onMaeg

(a)­

Sincortaco

rriont

131 132 133 134 135 197 198 208 209 218

30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30,0 30.0 60.0 60,0 60,0

118 118 118 11850 50

122 12270

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,60 0,60 0,49 0,49 0,86

29,0 50,1 29.9 30,2 30,0 50,5 50,1 29.7 50,0 50,3

f265262 289 184 294 264 263 574 983 592

12060 45 30 20 90 45 60 15 60

245 6651070 1070 3025

4201070

4203025

420

24,5 24.5 24,5 24,5 24,5 24,0 24,0 25,0 25.0 26,0

23.5 46,3 68,5 64.5156

31,4 62.9 50.5343

49.4

7.1514,0 20,7 19.5 47,1

9.5619,2 30,1

20528,9

12,8 34,6 55.7 55.7157

21,6 55.0 03.5637

90.3

913 913 913 913 913 933 933 893 893 859

426 426 426 426 426 435 435 416 416 398

(b)­

Cone

ortneorriontoa

147 149 156 157

30.0 50,0 30,0 50,0 50,0 50,0 30,0 50,0 30,0 30,0 50,0 50,0 30,0 30,0 60,0 60,0

118 118 118 118 118 118 118 118 118 118 118 118 11850

122 122

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,60 0.49 0,49

nnnNH finnnnnmnnnnn

o o w m m \.D24 24

0,14 0,14 0,14 0.14 0,14 0,27 0,27 0,27 0,55 0,55 0.55 0,95 0,95 0,59 0.77 0.77

29.7 50.4 30,2 50,1_ 50,1 50,1 29.7 50,0 29,0 50,3 29.8 29,9 29,7 50,0 29,5 29.9

333 285 313 318 336 313 329 333 357 259 297 560 715

15045 20 90 30

12045 15 30 60 60 30 90 60 20

2451070 3025 1785

2451070 4710 1785

665 6651785

4201785

25,0 25,0 25,0 26,0 26,0 26.5 26.5 26,5 27,0 27,0 25.5 25,0 25.0 24,0 25,0 25.0

64,8181

23,4653 162

35.6112,1

25,6 75.5249

56.3115,0

48.4 45,2104,6

32.1 49,1

6,9919.5 48.5 10,4 32,3

7.4521,2 72,0 10.4 32.9 14.3 15.5 31,2

9.7729.3

112.0

12,9 56,6159

22,6 95,8 13.3 58,0253

25.1 97.8 35.3 35.0 93.9 21,6 88.5

416 416 416 398 398 389 389 389 379 379 408 416 416 435 416 416

Page 79: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

Concentración de HONB = 0 ­

TABIA Y

Sistema! ácido benzoioc-glicerinn 3,65 I

_ ¡cido _

31113"' dl 62 411/412 nn H1 fi h ¡331112. t rpm Hu 10e 14114103 811.103 ¡ze-163a.

mm mm mm l mm mg eeg 0:0;25 cm/ecg

(a) - Sin oortacorrientee

263 30,0 118 0,25 — — -— 30,0 183 1200 245 4,42 1,41 1,02 5,5

264 30,0 118 0,25 — — — 30,2 194 720 665 7.75 2,47 1,79 15,0

265 30,0 118 0,25 — -- — 29.9 16o 420 1070 11,08 3.52 2,55 24,1

266 30,0 118 0,25 - - - 29,8 240 300 3025 24,2 7,70 5.57 68,0

267 60,0 122 0,49 — -- — 29,8 471 900 420 7.63 2,43 3.52 37,8

268 60,0 122 0,49 — -- — 30,0 461 42o 107o 15,9 5.07 7.34 96,4

269 60,0, 122 0,49 -- - - 29,9 418 240 1785 25,5 8,13 11,8 160270 60,0 122 0,49 — — - 30,1 405 120 3025 48,8 15,5 22,5 272

(b) - Concortaoorrientee

271 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 199 720 665 7,98 2,54 1,84 15,0

272 30,0 118 0,25 3 24 0,55 29.7 177 480 1070 10,80 3,44 2,49 24,1

273 30,0 113 0,25 3 24 0,55 29,9 232 420 1785 16,0 5.10 3.70 40,1

274 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29,8 424 1200 245 5,16 1,64 2,38 22,0

275 60.0 122 0.49 3 12 0,39 30.0 434 600 665 10,52 3.35 4,85 57.3

276 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,0 444 240 1785 26,8 8,55 12,4 160

Todas las experiencias se realizaron a 25,0'0. Por 10 tanto; sg a 5050

TABLA VI

Concentración de HONe- 0,01 N - Sistema! ácido bennoioc-glicerinn 3,65 I

¿oidoExper 8 _ 3 ‘3 -3

M al 62 dl/d2 nn al ¿1141173 h 63111:: t 11m ¡“10 ku 1o 3111.10 ¡{8:10

m mm ¡nm mm mg eeg % cm/eeg

(a) - Sin cortacorricntea

277 30,0 118 0,25 -- — —— 29,8 225 600 665 10,93 3,44 2,49 15,0

278 30,0 118 0,25 — — — 29,8 247 400 1070 15,0 4,72 3,42 24,1

279 60,0 122 0,49 — — — 30,1 582 600 665 14,0 4,40 6,38 57,3

280 60,0 122 0,49 - - - 29,9 604 240 1785 36,6 11,5 16,7 160

(b) - Concortccorrientee

281 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 250 1200 245 6,01 1,89 1,37 5'51

282 30,0 118 0,25 3 24 0.55 30,2 262 900 420 8,38 2,64 1,91 9,46

283 30,0 118 0,25 3 24 0,55 29I7 182 240 1785 22,1 6,95 5,03 40,1

284 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29,7 49o 480 665 14,9 4,70 6,80 57,3

285 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,1 465 300 107o 22,4 7,04 10.2 96,4

286 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,3 456 180 1785 36,3 11,4 16,5 160

Todas las experiencias se realizaron a 25,0'0. Por lo tanto se consideran: 50A= 5050 y ScB = 3270

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Concentración de HOHe= 0,025 N

TABLA VII

Sistema: ácido benzoioo-glieerine 3,65 M

:\ - . C 0 . ­

‘Lfifil' dl d2 dl/d2 nl H1 IEEÏEEB h 5:22. t rpm 11,3108 k“-103 Sh¿103 nado3

mm mm MJ mm mg eeg ——o:°::° om/aeg

(a) - Sin oortacorrientea

2B7 30:0 118 0.25 — - — 29:9 291 480 665 17,6 5,52 4,00 15,0

286 30,0 118 0,25 -— - - 30,2 234 300 1070 22,5 7,09 5,13 24,1

289 60.0 122 0,49 - -— - 30,3 534 360 665 21,3 6,70 9,70 57,3

290 60,0 122 0,49 - - - 29,9 438 120 1785 53,1 16,7 24,2 160

(b) - Concortaoorrimtee

291 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 227 720 245 9,10 2,86 2,07 5,5

292 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 254 600 420 12,2 3,87 2,79 9.45

293 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,0 213 180 1785 34,3 10,78 7,80 40,1

294 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30.3 435 300 665 20,8 6,54 9.46 57,3

295 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29,8 402 180 1070 32,5 10,21 14,8 96,4

296 60,0 122 0.49 3 12 0,39 29,9 464 120 1785 56,2 17,7 25,6 160

Todas las experiencias se realizaron a 25,0'0. Por lo tanto se consideran: ScA= 5050 y SeB= 3270

IABLA VIII

Concentración de HONen 0,10 N - Sistema: ácido benzoioo-glicerina 3,65 H

ácidoBxper. 8 3 '3 °3na dl d2 dl/d2 na H1 lifiïfaá h bgïí. t rpm N¿¡10 kur10 35410 Re.10

mm mm mm l mm mg seg 3%2%%2— cm/aeg

(a) —Sin cortucorricntes

297 30,0 118 0,25 -- -— - 30,0 284 180 665 45.7 14,4 10.4 15,0

298 30,0 118 0,25 - - -— 30,1 253 120 107o 60,7 19.1 13,8 24,1

299 60,0 122 0,49 -— - - 29,7 475 120 665 57,9 18,2 26,3 57.3

300 60,0 122 0,49 - - - 30,0 473 45 1785 153 48,0 69,5 160

(b) - Concortacorrientea

301 30.0 118 0.25 3 24 0.55 29.8 254 300 245 24.7 7.75 5,62 5.51

302 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 212 180 420 34,0 10.7o 7,74 9.5

303 30.0 118 0,25 3 24 0.55 30,2 284 90 1785 90,9 28,6 20,7 40,1

304 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,1 507 120 665 61,1 19,2 27,8 57,3

305 60,0 122 0,49 3 12 0.39 29,9 371 60 107o 90.0 28.3 41,0 96,4

306 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,3 491 45 1785 157 49.2 71,3 160

Todas las experiencias se realizaran e 25,0'0. Por 10 tanto ee consideren! SoAn 5050 y SoB= 3270

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Concentración de HONa-O

TABLA II

Sistema: ¿cido ¡Jamaica-glicerina 4,44 I

3x32" al dz «¡l/a nl al laiáq 123:. t rm ¡.103 15.103 311.163 ¡10.163O

mm nm nm I m ng seg —o:°::° cin/seg

(a) - Sin cortacorrientes

219 30,0 118 0,25 — — - 29.7 182 1200 245 4.45 1,04 -1,3o 4,4

220 30,0 118 0,25 -— - - 30,0 19a 720 665 7,95 1,05 2,32 12,0

221 30,0 118 0,25 -— —- — 30,3 153 420 1070 10,4 2,42 3,03 19,3

222 30,0 118 0,25 — -- - 30,1 227 300 3025 21,8 5,06 6,35 54,6

223 60,0 122 0,49 -— -- —- 29,9 357 720 420 7.34 1,71 4,23 30,4

224 60,0 122 0,49 -- —- — 30,0 366 360 1070 15,0 3,50 8,78 77,5

225 60,0 122 0,49 - —- -- 30,2 384 240 1785 23.0 5.34 13.4 129

226 60,0 122 0,49 -- —- -- 29,9 375 120 3025 45,5 10,56 26,5 219

(b) - Concortaoorrientes

227 30,0 ne 0,25 3 24 0,55 29,8 200 720 665 8.10 1.89 2.37 12,0

220 30,0 113 0,25 3 24 0,55 29.9 176 480 1070 10,65 2,48 3,11 19,3

229 30,0 118 0,25 3 24 0.55 30,0 220 420 1785 15,15 3,53 4,43 32,2

230 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29.7 418 1200 245 5.09 1,18 2,97 17,7

231 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29,0 336 400 665 10,20 2,37 5.95 40,0

232 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,2 415 240 1785 24,9 5,78 14,5 129

Todas las experiencias se realizaran a 25,0'0. Por lo tanto: Sc a 10900

SAMConcentraciónds ¡la - 0,01 I - Sistema: ¿cido bsnaoico-glicerins 4,44 I

Ezper ícidq a 3 _3 ,5ni cl1 d2 dl/dz ni El rd h 12311:. t rpn ¡“lo k“! 10 snno Rs-10

mm mm mm I mm mg seg % Gin/598

(a) - Sin cortacorrientes

233 30,0 118 0,25 -- - -- 30,1 200 600 665 10.02 2.31 2.90 12.0

234 30,0 118 0,25 - —- -- 30,0 192 420 1070 13.2 3.04 3.81 19.3

235 60.0 122 0.49 -- -- — 30,1 435 480 665 13,1 3.01 7,55 40,0

236 60,0 122 0,49 — - — 30,0 390 180 1785 31.4 7.25 18.2 129

(b) - Concortacorrientes

237 30.0 118 0.25 3 24 0,55 29,0 229 1200 245 5.55 1,20 1,61 4,42

23a 30,0 118 0,25 3 24 0.55 30,1 225 900 420 7,19 1.66 2,08 7.53

239 30,0 1.18 0,25 3 24 0,55 30,2 248 360 1785 19,8 4,56 5,72 32,2

240 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,0 427 480 665 12,9 2.96 7,44 48,0

241 60,0 122 0,49 3 12 0,39 29.9 488 360 107o 19,7 4.54 11.4 77.3

242 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,2 337 100 1785 31.0 7.14 17.9 129

Todas las experiencias es realizaron a 25,0”0. Por lo tanto se consideram Se, = 10900 y SoB - 8070

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TABLA XI

Concentración de HONa= 0,025 N - Sistema: ácido benzoico-glicerina 4,44 M

Exper. H °1d° - U - 3 I '3 '3nn dl (12 (ll/d.2 ni H1 h bags. t rpm 11A.10 ICHIJÁ.) 611.10 Re. 10

1¡mn nun mm mm mg seg fi- cm/aeg

(a) - Sin cortacorrientes

243 30,0 113 0,25 -— -— -- 30,0 213 420 665 13,9 3,21 4,03 12.0

244 30,0 118 0,25 -- —— -- 29.7 230 360 1070 18,7 4,30 5.40 19,3

245 60,0 122 0,49 - —- -- 29,9 498 420 665 17,2 3,98 9.97 48,0

246 60,0 122 0,49 -— -- -- 30,2 603 240 1735 41:0 9:44 23.7 129

(b) - Concortacorrientes

247 30,0 113 0,25 3 24 0,55 30,1 194 720 245 7.77 1,79 2.25 4,4

240 30,0 118 0,25 3 24 0,55 30,1 211 600 420 10,16 2,34 2.94 7.6

249 30,0 113 0,25 3 24 0,55 29.9 266 300 1785 25,7 5,93 7,44 32.2

250 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,0 515 420 665 17,8 4.10 10.3 48.0

251 60,0 122 0,49 3 12 0.39 30,2 57o 300 1070 26.1 6.01 15.1 77,3

252 60,0 122 0,49 3 12 0,39 30,1 696 240 1705 41,8 9,64 24,2 129

Todas las experiencias se realizaron a 25,0'C. Por lo tanto se consi20r3n: ScA= 10900 y Sc3 = 8070

TABLA XII

Concentración de HONaI 0,10 N - Sistema: ácido benzoioo-glicerina 4,44 H

Exper- d d a /d a n 3551- h g°1d° t n 108 k 103 sn4163 ne 163ns 1 2 1 2 n 1 . 1-d 32:: TF“ A! L: ' ‘

mn nm mn mm mg seg 75%?- cul/seg

(a) - Sin cortucorrientes

253 30,0 110 0,25 -- -- -- 30,1 277 24o 665 33,2 7.65 9.61 12.0

254 30,0 113 0,25 - -- -— 29,9 27a 180 1070 44,9 10,37 13.0 19.3

255 60,0 122 0,49 -— -- -- 30,0 527 180 665 42,5 9,80 24,6 48,0

256 60,0 122 0,49 - -- —- 30,3 639 90 1785 102,0 23,5 59,0 129

(b) - Concortacorrientea

257 30,0 118 0,25 24 0,55 29,7 303 480 245 18,5 4,26 5,35 4,4

258 30,0 118 0,25 24 0,55 29,8 309 360 420 25,0 5,75 7,22 7,6

259 30,0 118 0,25 24 0,55 30,2 276 120 1785 66,0 15,2 19,1 32,2

26o 60,0 122 0,49

261 60,0 122 0,49

262 60,0 122 0,49

12 0,39 29,7 357 120 665 43,6 10,04 25,2 48,0

12 0,39 29,9 403 90 1070 65,1 15,0 37,7 77,3

12 0,39 30,1 426 60 1785 102,4 23,6 59,3 129WWWUWW

Todas las experiencias se realizaron a 25,000. Por lo tanto se consideran: ScA= 10900 y ScB = 8070

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5142-. una. “5’ 41 G.2 nl ¡1 6 un ¡“10° ¡“.103 ¡M165 ¡4.15,

01/1 - - - - Ig ug 7-131.-q/u‘307 3o.o 50 3 6 30.1 272 no 245 43.6 15.7 4.43 12.9

3oe 3o.o 5o 3 6 29.1 255 90 665 33.0 3o.o 3.95 35.0

0.065 303 3o.o 50 3 6 3o.o 270 6o 1070 13o 47.3. 14.1 56.6

310 6o.o 122 3 24 30.1 423 45 665 136 41.9 23.6 140

3n 60.0 122 3 24 30.3 459 20 1795 329 un 70,3 371

3 312 30.0 . 50 3 6 30.1 333 120 245 ao.3 29.0 6.65 12.9

In 313 30.0 50 3 6 30.1 256 6o 420 123 44.5 13.3 2.2.2

a .3 314 30.0 5o 3 6 30.2 246 45 665 151 56.7 16.7 35.0| g 0.12 315 30.0 na -— -— 29.3 233 3o 1070 226 01,9 24.4 56,6

E “I, 316 30.0 lle — — 30.2 251 20 1m ’60 130 36,8 95,8o 4 317 6o.o 122 3 24 30.3 573 3o 665 215 99.6 59.4 140

i ‘Ï 313 60.0 3.22 3 24 30,0 524 20 1m 319 ¡.37 31.7 225

g g 319 6o,o 122 3 24 29.0 432 15 1795 611 223 133 3713 3 320 3o.o 5o 3 6 23.9 309 so 245 mo 36.0 10.0 12.9

a; 32.1 30.0 50 3 6 29.9 314 6o 420 152 55.0 16.4 22.2

.3 322 3o.o 50 3 6 29.9 295 45 665 190 63.4 20.4 35.0

o.“ 323 30.0 n43 — — 30.0 286 3o 1070 276 97.9 29.3 56.6324 30.0 m — — 29.7 303 20 1795 443 160 47.7 93.5

3a 60,0 122 3 24 30.0 714 3o 665 345 120 11.6 14o

326 60.0 122 3 24 29.9 642 zo 1m 460 169 101 225

327 6o.o 122 3 24 29.7 716 15 1705 767 277 165 371

323 3o,o 50 3 6 29,9 285 24o 245 34.4 10.0 7.32 5.5

32g 3o,o 50 3 6 29.8 270 no 420 45.0 3.4.2 10.26 9.3

g 33o 30.0 50 3 6 30.2 264 12o 665 63,1 ¡9.a 14,4 15.0

: g 331 30.0 un — — 30.2 267 90 14m 65.4 26,6 19,5 24,1f; In 0'125 332 3o.o na — — 30.0 265 so 1783 127 40,1 29.0 40,1

a Í 333 60.0 122 3 24 30,2 502 30 665 60.3 25.2 36.6 57,3

E g 334 6o.o 122 3 24 29.3 520 6o 1070 126 39.3 57.4 96.4

a I: 335 60.0 122 3 24 29.9 416 3o 1753 2o6 64.7 93.6 160

g 84 336 30.0 50 3 6 3o,o 253 no 245 40.6 12.3 9,25 5,5v3 - 337 30.0 so 3 6 3o.o 244 120 420 58.7 13.3 13.7 9.5

É E 33a 3o.o 50 3 6 29.9 26a so 665 86.3 27.2 19.6 15.0

a É 0’25 339 30.0 m — — 30.3 3o4 so 1070 143 57.6 27.2 24,13 ., 34o 3o.o no — — 29.7 276 45 1785 131 56.9 41.3 40,1

a 341 60.0 122 3 24 29.9 443 60 665 107.4 33.3 49.0 37.3

342 60.0 122 3 24 23.7 53o 45 1070 172 54.2 18.6 96.4

343 60.0 122 3 24 29,9 333 zo 1735 233 89.2 13o 160

344 3o,o 50 3 6 3o,o 21a 24o 245 26.3 6,17 7,62 4.4

345 30,0 50 3 6 30.0 224 160 420 36.0 e.3o 10.4 7.6

g 346 3o.o 50 3 6 30.2 207 120 665 49.5 11.4 14.3 12.0

; 'I’ o” 347 30.0 un — — 30.1 zoo 90 1070 63.9 14,7 13.5 19.3,; 8-1 ' 348 30,0 na — — 30.2 m4 6o 1785 33.0 20.3 25.5 32.2a ., 349 60.0 122 3 24 30.0 434 120 665 51.9 11.9 30.2 43.0

g g 350 60.0 122 3 2.4 29.9 37o 6o 1070 89.6 20.7 51.9 77.3

.3 1 351 60.0 122 3 24 29.3 443 43 1193 143 33.4 34,0 129

é 8< 352 30.0 5o 3 6 30.1 255 Iso 245 41.4 9.55 12.0 4.4.. 353 30.0 50 3 6 30,0 231 120 420 55.6 ¡2.a 16,1 7,6

a g 354 30.0 50 3 6 23.1 23o 90 665 74.5 17.2 21,6 12,0

3 É 02° 335 30.0 na — — 29.9 206 6o 1070 96,9 22.0 26,6 19,33 o ' 356 30.0 na — — 30,2 2.1.2 45 1763 135 31.1 39.0 32.23 357 6o.o 122 3 24 29.5 491 90 665 80,4 15.3 46.3 43.0

356 6o.o 122 3 24 30.0 43o 45 1070 1.39 32.0 30.1 17.3

359 6o.o 122 3 24 29.1 490 3o 1733 239 53.0 136 129

Ich. ha apariencia ¡o “¡nl-ran n 25.0’0.

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TABLA XIV

SISTEMA CBL cAi FR

0,36 1,68

0,90ác. benzoico - 2,35 6,4

agua 3,61 9,6

4,12 12,1

4,30 14:3

0,32 1,41

0,78 2,05ác. bonzoico ­

3,15 5,8glicerina 3,65 M

3,93 7,8

4,72 10,7

0,25 1,26

0,58 1,70ác. benzoico ­

glicerina 4 44 M' 3,46 6,1

4,61 9,3

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0‘”llTu‘ïfifif"

®ácidabenza/ca-aguc(«Sc:690a25“0) (2) -»—glicerina¿65M(Sc4050) ® n-n444M(ó’c=l0,.900)0diámetrorotar=30mm.sinconducir/encíasoIIn=60nIIi 0-":30'can­

vI:60nnp

345678.92345676.9235678.9105figura.9.’Si;cnfuncióna'cii’c,aScccnsáantc.Concentracióndella/ia=0(disoluciónsinreacciónquimica)R6

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¡a4va‘blxto u)

¡a3

3Q)ácidabenzaica—agua(Sc=890a25’0) (2)--1mm:a.65M(ó'cama) @ ---444M(6’a40,900)

a’ía'mah'aMim!=30mm.sincortacarr/knáes

...30.u. ---30-can­ ..:60.....

O 0 O G)

4567a.92345a7a.9

fiyufla{0:ó'llenfundó/7a'afic,aó‘aconsta/Ita.Concentraciónde¡{ü/Va=0,0/11!

5

e76.9/0“

Re

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6D[0“

Q)ácidabenza/"ca-agua(ó’a-Maa25“6) ® --¡ql/cuina3,65”(Sc:5050) © --»444ch40,900)0úáheímPoáafl=30mm.,si”cartac o--6‘0-­ O-'30'con' o..50....

omic/7ta:

¡a3

345676.9

2345676.92345676970‘

figurall:8/7enfuncióna’aRa,aScconstante.Gancanárac/óde¡la/la-0,025N

Re

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8/)

(Dácidobanzaica—agua(Sa=890025“6) ® ---glicerina3,6514!mama) (¿D---Mmm40,900)odiámetrorotar=30mm.aincarino/Wanted

...50...

o-v-30'aan­

II:6'0nvp

345678.92345676.9 figura{2/ó’benfuncióna'a¡96,3Sccanstanáe.Ganaanáraa/a'ndel/Üfla=al0A!

4

5s739/0'

Re

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oácidaJamaica-ayua_cinwhom-¡antes

''.60”' -glicerina365”,sincarton/Wantu -..¿un. ''“Hui”­ -an16M.

5676.92345676.9

3flgum[3-cama/ación¡latodoslo:¡{dosaxpafimanáalaaparaladisoluciónfisica(cansa/¡tración

2

daHal/a-0)

4.

5a7aara‘

Ra

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{6

l17if

0acido¿caza/ca-agua

¡4-oav-glicerina3.65”

onv-"444M

\ \\\o

12 70

//

/

//¡‘/

%/

//í7

0/o”

0a4aa¿2[620242832¿640444852 Figura[4-üat.‘aaexperimenta/eaa'alosfactoresJareacciónparaácidaóanzaíca470”:ensoluciones¿{aa ,

a'ífereníasVisaasia'aa’es.-5LAl

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lÏIISISÏEM/ÍIAC/00BENZÜ/G'Ü'h'Ü/Vá

(Soluciónacuosa)

¡5___¿cor/adelapeliculaesíacionariaI

....__idemconsiderandocfccáosiónicos,' _._¿eoriadc¡opa/¡colaturóu/cnáa,1

¡dc/nconsiderandoefecíoaión/"aos/f/

¡4__-._teoriadc¡”ayer/M¿{Fried/andar(62),I'/

_....._idemconcf'ccíos¡o'nl'cosI/

SisáamaIdelafigura¡01/

,,lnna 4//Promediodccincodotarmrnaoionas,’I (D Sisiemaldelafigura¡‘Z,r'/ Promodiodcocnodc¿cr/ninacioncs,I/ ­

I,»D

o)

ü­

ooefieo

¡ox/

l.-/ll///.4/_./.­

l,/}'J''/./.'/­l./ .

/.1

o

r

.//

I,.1/'-'

1/,/ ./'/-/'‘ffl/l_/'//‘/-_/'.

zp

00.40.8[2¡.62.02.42.83.23.640444852

ÜBL/ÚA¡

figura¡5 -Va/orcsexperimenta/osdelosfaoáoresdereaccióncomparadosconlas¿cor/aa.­

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FRÍSfifIII

SÍSÏEMAÏHQ/ÜÜBENZÜICÜ'HÜ/Vá

(En60/U6'Í0/7deglicerina3.65”)

¡4 - __¿car/19Jelapa/IZ'U/aasíaaíanaflía

______¡Jemconsideran/aefacíasiónicosI' _._tear/adelapa/I'au/a¿UPM/¿mía/ __¡Jemconsidera/7da¿faciesiónicos/

I2- __._¿aan/:9o’eMayarinkyñ’íea'lano’efl(62)vl#

_.....-¡dc/77conafacáasio'm'casz’

Sisáema2de/afigura¡0I

,,2nur)/,/4n3nnn[2,1 ‘v'

Pra/nadiade06/70o’azíarm/naaíanas2’ .-"'

,r

nI)I a

70­

ooeecp

a0.40.a¡.2¡.62.a2.42.a323.64.a44435.2 figura¡6'-Valoresexperimenáalesa’elasfaaáar'esa’ereaccióncomparadosconlas¿car/25's.-GBLlc” ¡

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FR

¡6lIll

«SISTEMAS/70’00BENZÜÍCÜ'HÜNÜ

(fnsolos/ondeglicerina4.44M)

f4’- __¿ooo/adelapelico/aesíaeionaoia

_______idemconsiderandoefeeíoaio'nieos _-_áeoriadelape/icu/a¿oráo/enía

idemconsiderandoefeeíaeiónicos

¡2 - ____¿eo/’iadeMeyer/okyfried/ander(62)

_____._idemconefecáosio'nicoaI,

Sisíema3delafigura¡0,,

naanaII Il,’ ,3nyn¡2ll,

Promediodeoenodeterminaciones'

¡0­

ooeeo

00.40.8[21.62.0242.83.23.6

4o

figonaÍ7 -Valoresexperimenía/eadelasfae¿onesdereaccióncomparadosconlas¿eo/das.­

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NOMENCLATURA

A

aiasat

Bz"

BzH

C

c

°A’ °B' °E

°Ai

CAlchl:

°1

csat

°1c490­

DA, DB’ QE =

6+ ,

gr, go,

"unescasas“?mms-,9tw

59

área de transferencia (cmz)

actividad en la interfase ( g mol/cm3)

actividad de saturación ( g mol/cm3)

ión benzoato

ácido benzoico

concentración molar total ( g mol/cm3)

concentraci6n(g mol/cua)

concentraciones de las especies A, B, E (g mol/cm3)

concentración de A en la interfase (g mol/cm3)

concentraciones de las especies A, B, en el seno del fluido (g mol/cm3)

concentración en la interfase (g mol/cm?)

concentración de saturación (g mol/cm3)

concentración en contacto con 1a pared, en ec.28 (g mol/cm?)concentración de catión y anión ( g equiv/cm3)

coeficiente de difusión molecular (cm2/seg)

coeficientes de difusión molecular de las especies A, B, E (cmz/seg)

diámetro del cilindro interior (cm)

diametro del cilindro exterior (cm)

Faraday (96500 Coul./g equiv.)facl’or ale reaccio'n2 k1; la“ ,(adímensíonal)factor de fricción (adimensional)

gradiente de concentración de catión, unión. (dc_/dy¡ dc./dy)

aceleración de la gravedad (980 cm/segz)

componentes de g en las direcciones r, O, z.

factor de conversión fuerza-masa (igual a la unidad en el sistema g,g.s.)

ancho de las cortacorrientes (cm)

altura de los cortacorrientes y del cilindro exterior (cm)

altura de la probeta de ácido benzoico (cm)

constante de equilibrio de la reacción quimica

coeficiente de transferencia total (cm/seg)

constantes de velocidad de reacción quimica directa e inveroa.

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kd

kL

km, =

kI'A’ kms

mo, "13' m3

m1: mi, mí

m2, má, m3

mn3N

= radio del

60

constante de proporcionalidad, ec.ïlo] (cm/seg)

coeficiente de transferencia de materia (cm/seg)

coeficientes de transferencia de materia de las especies Ay B, para

transferencia sin reacción quimica (cm/seg)

coeficientes de transferencia de materia de las especies Ay B, para

transferencia con reacción quimica (cm/seg)

constantes

exponentes del Re en las correlaciones

exponentes del Sc en las correlaciones

constante

flujo de materia ( g mol/cm2 seg)

flujo de materia en la pared sólida (g mol/cm2998)

flujo de las especies A, B (g mol/cm2 seg)

flujo del catión, anión ( g equiv/cm2 898)

número de Nusselt (adimensional)

constante empírica en la ec. 27

númerode cortacorrientes

valencia del catión, anión

número de Prandtl (adimensional)

presión (dina/cmz)

parametro, en las ec. Big , Epi]

‘¡Ïïl ¿04’ = u. VFE7EI' u1_ ‘ízsa?de D

universal de los gases (8,314 Juule/QK gmol)

Reynolds = dl ul P//u (adimensional)cilindro interior (cm)cilindro exterior (cm)

número de Schmidt g ¡a/f D (adimensional)

’u/p DA (adimensional)

Ia/P DB (adimensional)

número de Sheruood a kL dl/D, cuando no hay reacción quimica.

exponente

constante

número de

radio del

número do Sheruood I kflk dl/DA. cuando hay reacción quimica.

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St

KA,

2-..31

<;a\=3'

61

número de Stanton . kL/ul (adimensional)

velocidad de renovación superficial (seg'l)

temperatura (9C)

tiempo (seg)

velocidad del fluido en dirección tangencial (cm/seg)

velocidad superficial del cilindro rotatorio (cm/seg)velocidad promediode la corriente de fluido, (relativa a la pared),

(cm/seg)

velocidad adimensional ' u/Q

mobilidad del catión, anión

vector velocidad (cm/seg)

espesor de la pelicula estacionaria (cm)

distancia de la zona de reacción a la interfase y al seno del fluido,

respectivamente (cm)

distancia desde la interfase, (cm)

distancia adimensional desde 1a pared sólida = y QA)

distancia adimensional definida por la ec. fiïg

valor de y+ correspondiente a la concentración del seno del fluido

valor de y* en la zona de reacción

cantidad de materia transferida, (gmol)

coeficiente de actividad en la interfase, (adimensional)

coeficiente de actividad a la concentración de saturación, (adimensional)

difusividad turbulenta, (cmz/seg)

viscosidad turbulenta, g/cm seg)

edad de un elemento en la superficie

conductancia limites (concentración cero) de los uniones, (amp.cm2/701t

g equiv)

conductancia iónica limite del catión, (ampcmz/VOltg equiv)

viscosidad, (g/cm.seg)

viscosidad cinematica = ¡41/P , (mz/998)

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F) g densidad, (g/cm3)

V

V.

TS

Ó 1

(37+ a Sc)

4:w?"Y

11'1“1) trans

gradiente

divergencia

tensión de corte, (dina/cmz)

tensión de corte sobre la pared, (dina/cmz)

integral definida por la ec. [28]función

función

velocidadangular del cilindro rotatorio, (seg'l)

velocidad angular de transición entre laminar y turbulento, (aeg'l)

62

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63

gamma.(1) BARKER,J.J. y TREÏBAL,R.E.; A. I. cn. E. Journal, g, 289 (1960)

(2) mamas, 0.; Physics, 5_, 4 (1931.). Citado por (104)

(3) BENNET,J. A. R. y LEWIS,J.B.; J. Chim. thsn fi, 83 (1958)

(4) BIRD, R.B., STEHART,ELE. y LIGHTFOOT,E.N.; "Iransport Phenomena". John Wiley,

New York (1960)

(5) BISSEL, E.S., EVERETT,H.J., HESSE, H.C. y RDSHTON,J.H.; Ghem. Eng. Progr.. ¿2,

649 (1947) .

(6) BOYE-CHRISTENSEN,G. y TERJESEN, S.G.; Chen. Eng. Sc1.,2, 225 (1959)

(7) cmozu, u., ARVIA,J. y RONCO,J.J.; Anales A.Q.A., 41, N9 2, 69 (1959)

(8) CORCORAN,¡4.11. y SAGE, B.H.; A.I. cn. E. Journal, g, 251 (1956)

(9) DANCKWERTS,P.V.; Trans. Faraday Soc., fé, 300 y 701 (1950)

(10) DANCKWERTS,P.V.; Ind. Eng. Chem, Q, 1.460 (1951)

(1.1) DANCKHERTS,P.V.; A.I.Ch.E. Journal, 1,, 456 (1955)

(12) DANCKNERTS,P.V. y KENNEDY,A.M.; Trans. Inst. Chem. Eng. (london), 22, Suplem.

N9 1, S49 (1954). Citado por (40)

(13) D'ANS,J. y LAI, E.; "Taschenbuch fur Chemiker und Physiker'. Springer, Berlin

(191.3)

(14) DEAN,R.B.; J. Amar. Chem. 800., él, 31 (1945)

(15) DEISSLER,R.G.; N.A.C.A. Report 1210 (1955)

(16) DROPKIN,D. y CARMI,A.; Trans. Amar. Soc. Mach. Engrs., 19, 741 (1957). Citado

por (89)

(17) EISENBERG,M., TOBIAS, c.w. y HILKE, 0.3.; Chem. Eng. Progr., 5_1_,(Symp. Series

N9 16), 1 (1955)

(18) FAGE, A.; Proc. Roy. Soc., _A_1¡éfi,501 (1938)

(19) FRIEDLANDER,S.K.; A.I.Ch. E. Journal, z, 43 (1957)

(20) FRIEDLANDER,S.K. y LITT, M.; Chem. Eng. Sci., z, 229 (1958)

(21) GAFFNEY,B.J. y DREW,T.B.; Ind. Eng. Chem., 53, n20 (1950)

(22) GARNER,F.M. y KEEI, 3.13.; Chem. Eng. Sci., 2, 119 y 218 (1958)

Page 99: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

64

(23) GILLILAND,3.a. y SHERNOOD,T.K.; Ind. Eng. Chem. gi, 516 (1934)

(24) GORDON,m“. y snmwoon, T.K.; Chem. Eng. Progr.,_59, (SFEP.Series N9 10),

15 (1954). Citado por (40)

(25) HANRATTY,T.J.¡ ¿.1. cn. E. Journal, g, 359 (1956)

(26) HARRIOTT,P.¡ Ghem. Eng. Sci., l_7, 149 (1962)

(27) mamon, 1°.; A.I. cn. E. Journal, g, 93 (1962)

(28) HARTLEY,G.8. y Robinson, 0.; Proc. Roy. 300., m, 20 (1931)

(29) mmm, G.8. y RUNNICLES,D.F.; Proc. Roy. Som, A_1_6_2¿,401 (1938)

(3o) HARVEy,B.A. y SMITH, m; Chem. Eng. Sci., m, 274 (1959)

(31) HATTA,5., Tech. Rapts. Tóhoku Imp. Univ., g, 1 (1928). Citado por (58)

(32) HATTA,3.; J. Soc. Chem. Ind. Japan, 31, 869 (1928). Citado por (58)

(33) HIGBIE, 11.; Trans. Amar. Inst. Chem. Engrs., 2;, 365 (1935)

(34) HHON, A. y BAUM,S.J.; Ind. Ehg. Chem., 3_3_,478 (1941)

(35) HIXON,A. y CROHELL,J.H.; Ind. Eng. Chem., 23, 923, 1002 y 1160 (1931)

(36) HIXON,A. y WILKINS, G.A.; Ind. Ehg. Chem., fi, 1196 (1933)

(37) HOBSON,M. y monos, G. ; Chem. Ehg. Progr., Q, 519 (-1949)

(38) HOFTIZER,P.J. y VANKREVELEN,D.w.; Trans. Inst. Chen. Engrs., 2, Suplem.N9 1,

560 (1954)

(39) HUMPREI,D.w. y VANNESS, 11.0.; A.I. cn. E. Journal, g, 412 (1956)

(4o) JOHNSON,A.I. y HUANG,C.J.; A.I. Ch. E. Journal, g, 412 (1956)

(41) mars, w.M. y BJORKLUND,I.S.; Trans. Amor. Soc. Mach. Engrs., ¿39,70 (1958)

(42) KING, c.v. y BRODIE,3.3.; J. Amar. Chem. Soc. , 5 , 1375 (1937)

(43) KISHINEWSKI,M.K. y PAMFILDV,A.V.; Zhur. Priklad. 1mm" ga, 1173 (1949). Citado

por (40)

(44) KISHINEWSKI,M.K.; Zhur. Priklad. num" 3/1, 542 (1951). Citado por (4o)

(45) KISHINEHSKY,M.K.; Zhur. Priflad. num” zz, 382 (1954). Citado por (4o)

(46) KISHINEWSKY,M.K.; J. Appl. Chem. (U.S.R.R.), 21, 359 (1954)

(47) KISHINEWSKY,M.K.; J. Appl. Chem. (U.S.R.R.), ga. 593 (1951)

(48) KOSHMAROV,Ïu. A.; Int. Chen” Ehgng., g, 455 (1962)

Page 100: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

65

(49) KOSTERIN,S.I., KOSHMARDV,In. A. y FINAT'EV, Iu.P.; Int. Chem.Engng., 1,460 (1962)

(so) mms, H. y mmm, P.J.¡ Chem.Eng. 361., 6, 42 (1956)

(51) LEWIS, w.x.; Ind. Ehg. Chem., g, 825 (1916)

(52) LEWIS, puc. y wHITMAN,w.C.; Ind. Eng. Chem., ¿6, 1215 (1924)

(53) LIN, C.S., DENTON,E.B., CASKILL, H.S. y PUTNAM,G.L.; Ind. Ehg. Chem., ¿3, 2136

(1951)

(54) LIN, c.S., MOULTON,RJ. y PUTNAM,G.L.; Ind. Eng. Chem., 52, 636 (1953)

(55) LINTON, 71.11.y SHERwOOD,T.K.; Chem. Ehg. Progr., É, 258 (195o)

(56) LINTON, M. y SHUTERLAND,K.L.; Chem. Sci., lg, 214 (1960)

(57) LITT, M. y FRIEDLANDER,S.K.; A.I.Ch. E. Journal, í, 483 (1959)

(58) MARANGOZIS,J. y JOHNSON,A.I.; Can. J. Chem.Eng., 3 , 152 (1961)

(59) MARANGOZIS,J. y JOHNSON,A.I.; Can. J. Chem. Eng., ¿9, 231 (1961)

(60) Mc BAIN, LW. y DAHSON,0.11.; Proc. Roy. Soc., “a, 32 (1935)

(61) Mc LEOD,N. y STENART,6.; Ghem. me. Sci., Lg, 142 (196o)

(62) MEYERINKy FBIEDLANDER,S.K.; Chem. Eng. SOL, ¿1, 121 (1962)

(63) MIIAMOTO,S.| Ball. Chem. Soc. (Japan), z, 8 (1932)

(64) MIÏAWTO,3.; Bull. Chem. Soc. (Japan), z, 388 (1932)

(65) MIIAMOTO,S.; J. Ghem. Soc. (Japan), a, 410 (1933). Citado por (40)

(66) MOUQUIN,H. y CATHCAR‘I',11.11.; J. Amor. Chem. Soc., 51, 1791 (1935) Citado por (104)

(67) NORTHRUP,J.H. y ANSON,M.L.¡ J. Gen. Physiol., g, 51.3 (1929). Citado por (104)

(68) Noms, LA. y HHI‘I‘NEI,W.R.¡ J. Amar. Chem. Soc., 9.2, 93o (1897)

(69) OLANDER,D.R.; AJ. Ch. E. Journal, Q, 233 (1960)

(7o) PERIMU‘I'I'ER,0.0.; Chom. Eng. Sci., ¿6, 287 (1961)

(71) PERRY,J .H. ; "Chemical Engineers' Handbook". Mc Graw Hill, New York (1950)

(72) PERRY,R.H. y PIGFORD,R.L.; Ind. Eng. Chem., Q, 1247 (1953)

(73) POTTER,0.0.; Irma. Inst. Chem.bhgra" 36.1.15 (1959)

(74) RANNIE,w.D.; J. Aero. Sci., 21, 485 (1956). Citado por (89)

(75) ROALD,B. y BECK,u.; J. Electrochem. Soc., 93, 277 (1951)

Page 101: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

66

(76) ROBERTSON,J.M.; Trans. Amer. Soc. Mach. Mgrs” E, 95 (1956).Citado por (22)

(77)

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

(84)

(85)

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

ROLLER,P.S.; J. Phys. Chem., 22, 1113 (1931)

ROLLER,P.S.; J.Phys. Ghem., 2Q, 1202 (1932)

RONCO,J .J . , PEREIRA,E. y SOFIA,A.; “Correlación de valores en transferencia

de materia y consumode potencia em cilindros agitados en fluidos". Univ. de La

Plata. Trabajo no publicado.

RUSHTON,J.H., COSTICH,EM. y EVERET,H.J.; Chem. Eng. Progr., 4Q, 395 y 467 (1950)

SCHLICHTING,H.; "Boundary Layer Theory". Mc Graw Hill, New York (1955)

SEIDELL,A. ; "Solubilitiea of Inorganic and Metal Organic Compounda". Van Nostrand,

New York (1960)

SERAN,R.A. y JOHNSON,H.A.; N.A.S.A. Mimo 4-22-59u (1969)

SHERWOOD,T.K.; Trans. Amar. Inst. Chem. Engrs., É, 817 (1940)

SHERWOOD,T.K.¡ Ind. Eng. Chem., gg, 2077 (1950)

SHERWOOD,T.K.; "Maa Transfer Between Phaees", 339 Lectura Anual Priestly, Univ.

Park., Pennsylvaníl- (1959)

SHERWOOD,T.K. y HALLOWAY,F.A.L.; Trans. Amer. Inst. Chem. mgrs" 2Q, 39 (194o)

SHERWOOD,T.K. y PIGFORD,R.L.; "Absorption and Extraction". Mc Graw Hill, New

York (1952)

SHERWOOD,T.K. y RYAN,J.M.ñ Chem. Eng. Sci., g, 81 (1959)

smuoon, T.K. y REI, J.C.; A.I. cn. E. Journal, 1, 522 (1955)

STEELE,L.R. y GEANKOPLIS,C.J.; A.I. cn. E. Journal, 5, 178 (1959)

TAYLOR,6.1.; Phil. Trans. Roy. Soc., A_2¿22,289 (1923)

TAYLOR,(3.1.; Pro. Roy. Soc., A_,Lil_, 494 (1935)

ramon, 6.1., Proc. Roy. Soc., A_J.51, 546 (1936)

THEODORSEN,T. y REGIER, A.; N.A.C.A. Report 793 (1944)

TOOR,H. y MARCHEIJD,J.H.; A.I. Ch. E. Journal, 4, 97 (1958)

TOWNSEND,A.A.; "The Structure of Turbulent Shear Flow". Cambridge, Univ.Press.

(1956)

VANKREVELEN,D.w. y HOFTYZF".,P.J.¡ Rec. Trav. Chim., 9L 132 y 564 (1948)

Page 102: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

5G. 67

(99) VANKREVELEN,D.w. y KREKELS,J.T.; Rec. Trav. Chim., él, 512 (1948)

(100) VANKREVELEN,D.w. y KREKELS,J.T., Rec. Trav. Chim., gg, 1519 (195o)

(101) VINOGRAD,J.R. y Mc Bain, J.u.; J. Amar. Chem. Soc., 92, 2008 (1941)

(102) VIVIAN, J.E. y PEACEMAN,D.H.; A.I. Ch. E. Journal, g, 437 (1956)

(103) VONKARMAN,T.; Trans. Amar. Soc. Mach. Engrs., 91, 705 (1939). Citado por (89)

(104) HEISSBERGER,¿.3 "Physical Methods of Organic Chemistry", Vol I. Interscience,

New York (1945)

(105) HENDT,F. ; Ingen-Arch., ¿u 577 (1933). Citado por (89)

(106) HHITMAN,w.G.; Chem. Met. Eng., 24, 146 (1923). Citado por (4o)

(107) WILKE, C.R., TOBIAS, c. w. y EISENBERG,M.; Chen..Eng. Progr., 42, 663 (1953)

(108) WINDING,c.c. y CHENEY,A.J.; Ind. Eng. Chem., ¿9, 1087 (1948)

Page 103: Tecnología de sistemas discontínuos sólido-fluído : Transferencia … · 2018. 7. 13. · sin reacción quimica. Los resultados experimentales de la transferencia de materia con

AGRADECIMIENTO

Al Instituto de Cálculo de la Universidad de BuenosAires. por la cola­

boración prestada en el estudio de las correlaciones mediante el use d. ln compu­

tadora de dicho Instituto.

Al L.E.M.I.T., y a la Comisiónde Energia Atómica (División Metalurgia),

por haber permitido el uso de sus instalaciones para prensar las probetas de ácido

benzoico.­