FENÒMENS DE TRANSPORT

Tema 2: Estimació de propietats de transport

- Dades experimentals: preferible - Bases de dades:

o Llibres i bases de dades en paper “Properties of gases and liquids” B. E. Poling, J. M. Prausnitz, J. O'Connell

(mètodes d’estimació , propietats per més de 600 compostos) “Perry’s Chemical Engineers Handbook”. R.H. Perry, D.W. Green CRC Handbook of Chemistry and Physics Apèndix “Introducció a l’Enginyería Química” Aucejo et al. DIPPR (Biblioteca de Ciències, UAB)

o Internet http://infosys.korea.ac.kr/kdb/index.html (sols Explorer!! En construcció).

Hidrocarburs i alguns inorgànics, compostos comuns. Viscositat i conductivitat tèrmica de gas i líquid (ex: Methanol)

http://www.nist.gov/srd/ (multitud de bases de dades) • http://srdata.nist.gov/insulation/ : k materials aïllants i construcció • http://webbook.nist.gov/chemistry/name-ser.html : Chemistry webbook --> viscositat i conductivitat gasos i líquids (ex: NH3, isobàric 0.1 MPa, 100-300K)

http://www.matweb.com (densitat i conductivitats de materials, viscositats de lubricants)

• http://www.matweb.com/search/SearchProperty.asp (ex: T300 stainless steel & wood, search density & thermal conductvity)

• http://www.matweb.com/search/Search_Lubricant_Metric.asp (ex: polyglycol & silicone base oil)

http://dippr.byu.edu/ (pagament). • Demo disponible a http://dippr.byu.edu/download.asp (MS Acces)

http://www.dechema.de/detherm.html (pagament per dada sol·licitada) • Exemple: http://i-systems.dechema.de/detherm/mixture.php

http://www.cheresources.com/physinternetzz.shtml • Full Excel: propietats físiques i viscositat de líquids

http://pirika.com/chem/TCPEE/TCPE.htm (contribució de grups) • Dibuix de la molècula. (no aromàtics ni halògens). Viscositat i

conductivitat tèrmica entre altres propietats. Opció SOUP (contribució de grups) http://pirika.com/chem/TCPEE/soupE.htm

D epartam en t d ’E nginyeria Q u ím ica

Ed ific i C 08193 B ellaterra (B arcelona). Spain Tel: 93 581 10 18 Fax: 93 581 20 13 Telex: 52040 ED U C I E

U niversitat A utònom a de B arcelona

- Correlacions: Gràfiques o equacions

o Gràfiques (efecte de T i P) (Fig 1): Viscositat en funció de propietats crítiques; temperatura (Tc, ºK),

pressió (Pc, atm) i viscositat crítica (µc, micropoises) amb:

on M: pes molecular (g/mol)

(Fig 2): Conductivitat tèrmica reduïda per substàncies monoatòmiques en funció de propietats crítiques; temperatura (Tc, K), pressió (Pc, atm) i conductivitat crítica (kc, W/m K).

• No permet càlcul de k, sí de l’efecte de T i P • Càlcul de k a altre T i P (mètode a regió “low density”) càlcul kc

efecte T i P • Valors poc fiables per molècules poliatòmiques

(Fig 3): Difusivitat reduïda (cm2/s) per substàncies no polars en funció de propietats crítiques; temperatura (Tc, ºK), pressió (Pc, atm), i de concentració (mol/cm3).

• Només adequada a baixa pressió, no n’hi ha a alta pressió • Càlcul de (cDAA)c necessari, a partir de:

Excepte per H2 i He

• Aproximació grollera per mescles binàries:

on M: pes molecular (g/mol)

Figura 1. Viscositat en funció de les propietats crítiques

Figura 2. Conductivitat tèrmica reduïda per substàncies monoatòmiques en funció de les propietats crítiques

Figura 3. Difusivitat reduïda per substàncies no polars en funció de les propietats crítiques

o Equacions Difusivitat

• Gasos: Mètode de Chapman-Enskog • Líquids: no electròlits - mètode de Wilke-Chang • Líquids: no electròlits en aigua - mètode de Hayduck i Laudie • Líquids: electròlits - mètode de Nerst

Viscositat i conductivitat Chapman-Enskog per viscositat i conductivitat i

nombroses correlacions en la bibliografia (“Properties of gases and liquids” B. E. Poling, J. M. Prausnitz, J. O'Connell)

1) Estimació de difusivitat de gasos a baixa pressió (Chapman-Enskog)

on: DAB és la difusivitat, en cm2/s P és la pressió, en atm T és la temperatura, en K Mi és el pes molecular, en g/mol ΩD,AB és el potencial de Lennard-Jones per difusivitats, obtinguts de la taula E.2, o la següent expressió:

amb AB

és el diàmetre mitjà de col·lisió, en Å

kkkBAAB εεε ⋅= és l’energia característica mitjana, adimensional

Els valors individuals per cada espècie es poden calcular segons:

Tb la temperatura normal d’ebullició, en K Tc la temperatura crítica, en K Pc la pressió crítica, en atm

1) Estimació de difusivitat de líquids

a. Solucions de no electròlits (Wilke-Chang)

on: DAB és la difusivitat del solut A en el dissolvent B per concentracions diluïdes d’A, en cm2/s µ és la viscositat del dissolvent, en cp T és la temperatura, en K MB és el pes molecular del dissolvent, en g/mol VA és el volum molar del solut en el seu punt normal d’ebullició, en cm3/mol, que pot ser calculat segons l’equació: 048.1285.0 cA VV ⋅=

Vc és el volum crític en cm3/mol ψB és el paràmetre d’associació del dissolvent i els valors recomanats són: aigua: 2.6 metanol: 1.9 etanol: 1.5 benzè, èter, heptà i altres dissolvents no associats: 1.0

b. Solucions de no electròlits en aigua (Hayduck-Laudie)

589.04.151026.13 −−− ⋅⋅⋅= AwAB VD µ

on: DAB és la difusivitat, en cm2/s µw és la viscositat de l’aigua, en cp VA és el volum molar del solut en el seu punt normal d’ebullició, en cm3/mol

c. Solucions d’electròlits (Nerst-Haskell)

002 /1/1

/1/1

−++=

+

−+

λλnn

F

RTDAB

on: DAB és la difusivitat, en cm2/s T és la temperatura, en K R és la constant dels gasos, 8.314 J/mol K n- i n+ són les valències de l’anió i el catió respectivament F és un faraday, 96500 C/eq Λ+

0 i Λ-0 són les conductàncies iòniques límit, en A/cm2, d’acord a la taula següent:

ANEX 1 DIPPR