2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.2.Balances de materia

Este mecanismo de transferencia se da cuando un de los límites del sistema es permeable a un solo componente de la mescla. Por ejemplo, en las operaciones de absorción, humidificación, extracción líquido-líquido, cuando las propiedades de la interface se pueden considerar que el régimen de circulación es laminar. En estos casos podemos suponer que la interface es impermeable.

- FLUJO A CONTRACORRIENTE.

El corriente gaseoso en cualquier punto de la columna, ya sea de relleno o de platos, consta de un cabal (G), que son los moles totales dividido por la unidad de tiempo; ya que se trata de una unidad de transferencia que pasa en continuo. Está constituida por un soluto A, el cual se difunde de fracción molar (y) y la presión parcial (P) o razón molar (Y). Además, hay un gas que no se difunde porque es insoluble (Gs), que son moles divididos por la unidad de tiempo.

A parte de contener un corriente gaseoso también hay un corriente líquido (L), que son los moles divididos por la unidad de tiempo, donde contiene una fracción molar (x) de un gas soluble o una razón molar (X). La Ls son los moles divididos por la unidad de tiempo de un disolvente que básicamente no es volátil.

Figura 2.1: Esquema de una columna de absorción a contracorriente.

Las razones molares se calculan:

- Por la fase gas:

- Por la fase líquida:

Por lo tanto, se tienen las relaciones siguientes:

- Para la fase gas:

- Para la fase líquida:

A continuación se presentan los balances de materia tanto para una columna de platos como para una de relleno en la parte inferior:

- Para una columna de platos:

- Para una columna de relleno:

Donde :

Np: número de platos.

Estas ecuaciones anteriores son las que pertenecen a la línea de operación. Esta línea de operación es una recta sólo cuando se gratifican en unidades de razón molar (Y y X), de modo que si se grafican en unidades de fracción molar lo que se obtiene es una curva en vez de una recta. Así, la ecuación es transforma en:

- Para una columna de relleno:

* Para la fase gas:

* Para la fase líquida:

Donde:

PT: presión que en cualquier punto de la columna se puede considerar constante.

- FLUJO EN PARALELO.

Figura 2.2: Esquema de una columna de absorción en paralelo.

En este caso la línea de operación tiene una pendiente, al contrario que las columnas a contracorriente, negativa (-L/G).

Este tipo de columnas pueden estar verticalmente o horizontalmente, y no son limitadas, eso implica que al ser infinitamente altas producen que el líquido y el gas a la salida estén en equilibrio.

Este flujo en paralelo se suele utilizar cuando una columna o torre es extremadamente alta, se construye con dos secciones. Con la segunda sección operando en flujo en corriente paralela, también se puede utilizar si el gas que se tiene que disolver en el líquido es una substancia pura. También se utiliza el sistema en paralelo cuando se den reacciones químicas rápidas y irreversibles, donde solo se necesita el equivalente a una etapa teórica.