Solución - IqTMA-UVa

Indique cómo calcularía la velocidad de evaporación de agua (kg/s) en la superficie de la gota, haciendo uso delos coeficientes de transferencia de calor y materia, h y k x . Defina todas las variables empleadas que no hayansido definidas en el enunciado (8 Puntos).La velocidad de evaporación de agua, W A , corresponde a un proceso de capa estancada:2kx4πR*WA = ( x )* A − xA1−xA, donde x A es la fracción molar de agua en la corriente de aire, y x A en la superficie de la gota. Si el aireestá completamente seco:2 *kx4πR xAxA= 0 ⇒ WA=[1]*1−xAEl flujo de calor necesario para evaporar el agua se transfiere desde la corriente de aire:2 *Q = WAΔ Hvap= h4 πR ( T −T)[2], donde ΔH vap es la entalpía de vaporización del agua, T la temperatura de la corriente de aire y T * latemperatura en la superficie de la gota.En la superficie de la gota se cumple el equilibrio entre fases, definido por la ley de Raoult:* ox p = p[3]A T A To, donde p T es la presión total y p A T***la presión de pavor del agua, calculada a la temperatura en lasuperficie de la gota, T * . Resolviendo las ecuaciones 1 a 3 se obtienen las incógnitas W A ,*Ax y T * .4. En el reactor catalítico de la figura tiene lugar la reacción enfase gas A → 2B. En una delgada sección transversal delreactor de espesor Δz la composición del gas es x A y x B .Calcule la velocidad de producción de B (kmol/h) en dichasección, admitiendo que la velocidad de transformación de Aen B sobre la superficie del catalizador es completa einstantánea. (4 Puntos)Datos:Diámetro del reactor = D RSuperficie específica del catalizador = a v (m 2 /m 3 )Coeficiente de transferencia de materia: Sh = 0.91Re ScA0.49 0.33ΔzA+BLa velocidad de producción vendrá dada por la transferencia de materia de B desde la superficie delcatalizador hacia la fase global:WBo = xBo ( WAo + WBo ) + kx A( xBo − xB) ⎫⎪⎪WBoWAo=−2⎪π 2⎬ ⇒ WBo = kxav DRL Δz(1 − xB)xBo= 1 ⎪ 2π 2⎪A = avDRL Δz⎪4⎭El coeficiente, k x , se calcula con la ecuación de correlación:DADP DADkx= c Sh = 0.91Re ScD RT D0.49 0.33FENOMENOS DE TRANSPORTE JUNIO 2012 p. 4