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Yolanda Irene Aguilar Hinojosa19 de Abril de 2012
   Daniel L. A. Fernandes     Departamento de Química, Universidade de Aveiro, Campus de      Santiago, 3810-193 Aveiro,...
   Introducción   Antecedentes teóricos   Procedimiento experimental   Resultados y Discusión   Conclusiones
   La adsorción es una    operación ampliamente    utilizada en la industria.   En esta los solutos son    selectivament...
   Ejemplos de aplicaciones comerciales:    1. Separaciones de gases (O2/N2, hidrocarburos/corrientes       de purga)    ...
   Para la comprensión de una columna de filtración se    utilizan las curvas de ruptura, de ahí la realización de    est...
   El objetivo de este artículo es mostrar un    experimento educativo de bajo costo que    ilustre el proceso de adsorci...
   El sistema de estudio consiste en:    1. Microesferas de vidrio    2. El adsorbente    3. Soluciones acuosas de crista...
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   El equilibrio entre q y Cs está representada por la    isoterma de LangmuirDonde K es la constante de equilibrio de ad...
   Con la solución simultánea de las ecuaciones    anteriores se obtienen los perfiles de    concentración.   Para este ...
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Figura 2. Movimiento del soluto: perfiles de concentración-distancia y su curva deruptura correspondiente: MTZ es la zona ...
   El tiempo estequiométrico corresponde al    tiempo promedio de residencia obtenido por    integración numérica de la c...
   En la siguiente lista se presentan los materiales y    químicos utilizados en la experimentación      Lista 1. Químico...
1.   Distintos volúmenes de solución de cristal     violeta son agregados a cuatro matraces y     llenados hasta 500 cm3 c...
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   Las condiciones experimentales fueron las    siguientes:     Tabla 1. Condiciones experimentales para las mediciones d...
 Los puntos representan los                                               datos experimentales y la línea                ...
   Las isotermas que son    convexas hacia arriba    son consideradas    favorables   Las diferencias entre las    curva...
   Los datos utilizados para el modelado fueron    los siguientes:
   Introducción al estudiante a la determinación    de la isoterma de equilibrio y al estudio del    comportamiento dinám...
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  1. 1. Yolanda Irene Aguilar Hinojosa19 de Abril de 2012
  2. 2.  Daniel L. A. Fernandes  Departamento de Química, Universidade de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal Ana M. R. B. Xavier  QOPNA, Departamento de Química, Universidade de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal Inês Portugal, Francisco A. Da Silva, and Carlos M. Silva  CICEDO, Departamento de Química, Universidade de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal Journal of Chemical Education, Vol. 82 No. 6 Junio 2005, 919-923 p.
  3. 3.  Introducción Antecedentes teóricos Procedimiento experimental Resultados y Discusión Conclusiones
  4. 4.  La adsorción es una operación ampliamente utilizada en la industria. En esta los solutos son selectivamente transferidos de la fase fluida a sólidos suspendidos en un recipiente o empacados en una columna. Particularmente atractivo para remover componentes diluidos económicamente.
  5. 5.  Ejemplos de aplicaciones comerciales: 1. Separaciones de gases (O2/N2, hidrocarburos/corrientes de purga) 2. Separaciones de líquidos (fructosa/glucosa) 3. Purificación de gases (compuestos sulfurados/gas natural) 4. Purificación de líquidos (orgánicos/agua, aceite vegetal)
  6. 6.  Para la comprensión de una columna de filtración se utilizan las curvas de ruptura, de ahí la realización de este experimento. Las curvas de ruptura se refieren a la respuesta de un lecho inicialmente limpio a un cambio repentino en la composición de la alimentación.
  7. 7.  El objetivo de este artículo es mostrar un experimento educativo de bajo costo que ilustre el proceso de adsorción de una solución y su tratamiento cuantitativo. La importancia de este experimento radica en que la adsorción es una operación ampliamente utilizada en la industria química.
  8. 8.  El sistema de estudio consiste en: 1. Microesferas de vidrio 2. El adsorbente 3. Soluciones acuosas de cristal violeta Los principales objetivos de este artículo son: 1. Determinación de la isoterma de adsorción 2. Medición de los parámetros de filtración a partir de las curvas de ruptura. 3. Simulación dinámica de la columna usando modelos aproximados y exactos.
  9. 9.  Ecuación diferencial parcial obtenida: Asumiendo las siguientes condiciones: i. Flujo tapón con velocidad intersticial constante ii. Equilibrio instantáneo del soluto en la interfase sólido-líquido iii. Operación isotérmica
  10. 10.  El flujo molar producido en la interfase con el vidrio de las microesferas se calcula con:Donde Cs es la concentración del soluto en la interfase y kc el coeficiente de transferencia de masa convectiva. Acumulación de cristal violeta en las esferas de vidrio se conoce por medio de:
  11. 11.  El equilibrio entre q y Cs está representada por la isoterma de LangmuirDonde K es la constante de equilibrio de adsorción y qmax la carga máxima correspondiente a un cubrimiento completo de la superficie de cristal violeta.
  12. 12.  Con la solución simultánea de las ecuaciones anteriores se obtienen los perfiles de concentración. Para este experimento la solución es obtenida por integración numérica usando el método de líneas. Así se obtiene una serie de ecuaciones diferenciales ordinarias.
  13. 13.  Para el caso particular donde q=mCs y velocidad intersticial u constante, hay una solución analítica exacta, una aproximación útil es Klinkenberg: Donde ξ y τ son:
  14. 14. Figura 2. Movimiento del soluto: perfiles de concentración-distancia y su curva deruptura correspondiente: MTZ es la zona de transferencia de masa, tbp es el punto deruptura y tst es el tiempo estequiométrico.
  15. 15.  El tiempo estequiométrico corresponde al tiempo promedio de residencia obtenido por integración numérica de la curva de ruptura. La previsión teórica dada por balance de materia indica que el tiempo estequiométrico es:
  16. 16.  En la siguiente lista se presentan los materiales y químicos utilizados en la experimentación Lista 1. Químicos, materiales y equipo utilizado en el experimento
  17. 17. 1. Distintos volúmenes de solución de cristal violeta son agregados a cuatro matraces y llenados hasta 500 cm3 con agua destilada2. Concentraciones: entre 1.2 x 10-3 – 1.2 x 10-2 mol/m3.3. Muestras de microesferas de vidrio son agregadas a cada matraz (~100 g)4. Matraces son colocados en un baño termostático de agua a 30ºC.
  18. 18. 5. Se aplica agitación mecánica durante 24h para alcanzar el equilibrio6. La absorbancia de las soluciones sobrenadantes se midió a la λmax del colorante (590 nm), siendo la curva de calibración del espectrofotómetro a 30ºC:
  19. 19.  Consiste en una columna de vidrio enchaquetada. Empacada con adsorbente. Bomba peristáltica para bombear el cristal violeta. Figura 3. Esquema del arreglo experimental
  20. 20.  Las condiciones experimentales fueron las siguientes: Tabla 1. Condiciones experimentales para las mediciones de ruptura.
  21. 21.  Los puntos representan los datos experimentales y la línea la Isoterma de Langmuir ajustada.  Los parámetros utilizados para Langmuir fueron:  qm= 0.044511 mol/m3  K= 432.75 m3/mol  La isoterma linearizada con el modelo de Klinkenberg es q= 10.50 C.Figura 4. Isoterma de adsorción de cristalvioleta en microesferas de vidrio a 30ºC.
  22. 22.  Las isotermas que son convexas hacia arriba son consideradas favorables Las diferencias entre las curvas de ruptura en escalón y la experimental sugieren que limitaciones en la transferencia de masa Figura 5. Curvas de ruptura experimentales y ocurren en el sistema. simuladas: datos experimentales; modelo propuesto; modelo de Klinkengerg; ruptura ideal en t = tst
  23. 23.  Los datos utilizados para el modelado fueron los siguientes:
  24. 24.  Introducción al estudiante a la determinación de la isoterma de equilibrio y al estudio del comportamiento dinámico de una columna de filtración. Los parámetros más importantes pueden ser medidos. Comparaciones entre modelados.

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