Guía De Ejercitación 05 2018 Filtración Por Membranas (1).pdf

Universidad Nacional de San Juan Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química

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Filtración por Membranas Ing. Nibaldo Azocar Ing. Guillermo Sepúlveda

Año 2018

Guía de Ejercitación Nº 5 B) Filtración por Membranas E01: Difusión de Membrana y Resistencias de las Películas Líquidas. Un Líquido que contiene el soluto A diluido a concentración c1 = 3 10-2 kgmol/m3 está fluyendo rápidamente a través de una membrana cuyo grosor es L = 3 10-5 m. El coeficiente de distribución K´= 1,5 y DAB = 7 10-11 m2/s en la membrana. El soluto se difunde a través de la membrana y su concentración en la zona del permeado es c2 = 0,50 10-2 kgmol/m3. El coeficiente de transferencia de masa kc1 es grande y se puede considerar como infinito, mientras que kc2 = 2,02 10-5 m/s. a) Deduzca la ecuación para calcular el flujo específico NA en estado estacionario y lleve cabo un perfil de concentraciones. b) Calcule el flujo de materia y las concentraciones en las interfases de la membrana. NA = 7,55 10-8 kgmol/(s m2) C2i = 8,47 10-3 kgmol/m3 C1i = 3,00 10-2 kgmol/m3 C2iS = 1,31 10-2 kgmol/m3 C1iS = 4,50 10-2 kgmol/m3 c) Considerando ahora que el coeficiente de transferencia de masa del lado del concentrado es 20 veces mayor que el del lado del permeado, de diferentes valores a las variables del problema, interprete los resultados y extraiga conclusiones. Transcriba las mismas al informe. NA = 7,49 10-8 kgmol/(s m2) C2i = 8,71 10-3 kgmol/m3 C1i = 2,98 10-2 kgmol/m3 C2iS = 1,31 10-2 kgmol/m3 C1iS = 4,47 10-2 kgmol/m3 E02: Presión Osmótica A. Calcule la Presión Osmótica de una solución que contiene 0,10 gmol de NaCl por Kg de agua a 25 ºC. B. Compare con el valor experimental (Tabla 13.9.1 Geankoplis)

 teórica =  Experimental =

4,87 Atm 4,56 Atm -6,44 %

% Error =

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C. Sean los siguientes solutos y concentraciones, recalcule los valores de la presión osmótica teórica, interprete los resultados y extraiga conclusiones. Transcriba las mismas al informe. Exprese los resultados de la presión osmótica en atmósferas, bares y m.c.a.

Soluto a) Sulfato de Aluminio b) Glucosa c) Proteína de Bajo Peso Molecular

Peso Molecular -------

Concentración (molal) 0,100 0,250

10.000

0,025

E03: Determinación Experimental de la Permeabilidad de una Membrana Se realizaron experimentos a 25ºC para determinar las permeabilidades de una membrana de acetato de celulosa. La sección de prueba de laboratorio se muestra en la figura tiene un Área de membrana A = 20 cm2. La concentración de la solución de Alimentación de entrada de NCL es c1 = 10 kg NaCl/m3 de solución, y la densidad de la solución es de 1 = 1.004 Kg/m3. Se supone que la recuperación del agua es baja, de manera que la concentración de C1 en la solución de alimentación que entra y que fluye alrededor de la membrana y la concentración de la solución de alimentación a la salida son esencialmente iguales. La solución producto contiene C2 = 0,39 kg NaCl/m3 de solución y una densidad 2 = 997 kg/m3. El caudal de solución utilizado en el experimento es de 1,92 E-8 m3/s. La presión diferencial (P) en el experimento fue de 5.414 kPa (54,42 Atm) Calcule las constantes de permeabilidad de la membrana y el desecho de Soluto R Aw =

2,05E-04 (kg/s)/ (m2 x Atm)

As =

3,90E-07 m/s

B= R=

0,5274 1/atm 0,961

E04) Diseño Básico de una Unidad de Osmosis Inversa A ) Predicción del Rendimiento en una Unidad de Ósmosis Inversa Una membrana de Osmosis Inversa se utilizara a 25ºC para una Solución de Alimentación de NaCl, cuya composición es de 2,5 kg/m3 de NaCl, cuya densidad es de 999 Kg/m3. El Coef. de Permeabilidad de la membrana al solvente es de 4,81 10 -4 kg/m2 s.atm, en tanto que el Coef de Perm. de la membrana al soluto (NaCl) es de 4,42 E-7 m/s.

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Calcule el flujo específico de agua y el flujo específico de soluto a través de la membrana utilizando una fuerza impulsora de 27,20 Atm, el desecho de soluto R y la concentración c2 de la solución producto (permeado). Para el caso de c2, busque el valor de la concentración de NaCl de un agua potable y tómelo como referencia para el problema.

Molalidad 0,00 0,01 0,10 0,50 1,00 2,00

Densidad (g/L) 997 997,4 1001,1 1017,2 1036,2 1072,3

Presión Osmótica (atm) 0,00 0,47 4,56 22,55 45,80 96,20

B) Diseño de una planta de Ósmosis Inversa A partir de los datos y cálculos llevados a cabo en el punto A) diseñe una unidad de tratamiento (planta) de Ósmosis Inversa, capaz de producir 10 m3 diarios de agua potable. Busque en Internet los datos que puedan faltarle y aplique su ingenio para la toma de decisiones.

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