pA=0,15 xA onde pA tem unidade em atm
Nas condições de operação presentes, a pressão parcial do hexano na corrente gasosa é 0,015 atm, e o hexano dissolvido no solvente de absorção é de 5,0 mol %. A pressão total do sistema é de 1,5 atm e a temperatura é de 20^circ C. O coeficiente de transferência de massa filme de líquido, kx, é de 0,01 kmol / m^2 s , e o coeficiente de transferência de massa na fase gasosa, ky, é de 0,02 kmol / m^2 s.
a) Qual é o coeficiente de transferência de massa global na fase líquida, KL ? Resp.: 2,15×10 ^-5 kmol / m^2 s(kmol / m^3).

Passo 1

Então, vamos lá! A gente tem um exercício que envolve transferência de massa, que é um tópico da química física. O enunciado nos dá informações sobre pressões parciais, composição do hexano no solvente, pressão total, temperatura e coeficientes de transferência de massa tanto na fase líquida quanto na gasosa. Nosso objetivo aqui é encontrar o coeficiente de transferência de massa global na fase líquida, denotado por .
Para resolver isso, vamos precisar entender como os coeficientes de transferência de massa se combinam quando há resistência à transferência em ambas as fases, líquida e gasosa. Vamos usar fórmulas que relacionam esses coeficientes para encontrar o desejado.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar a fórmula que relaciona os coeficientes de transferência de massa nas duas fases para encontrar o coeficiente global na fase líquida. A resistência total à transferência de massa é a soma das resistências individuais nas fases gasosa e líquida. Matematicamente, isso é expresso por:
1KL = 1kL + HkG
Aqui:
  • é o coeficiente de transferência de massa global na fase líquida que queremos encontrar.
  • é o coeficiente de transferência de massa na fase líquida.
  • é o coeficiente de transferência de massa na fase gasosa.
  • é o fator de Henry, que relaciona a solubilidade do hexano no solvente.

Passo 3

Agora, precisamos calcular o fator de Henry ( H = yAxA ). O fator de Henry relaciona a concentração do soluto na fase gasosa com a concentração na fase líquida. A fórmula para o fator de Henry é:
Onde:
  • é a fração molar do hexano na fase gasosa.
  • é a fração molar do hexano na fase líquida.
Do enunciado, temos que a pressão parcial do hexano na fase gasosa é atm e a fração molar na fase líquida é .

Passo 4

Para encontrar yA = pAPtotal , a fração molar do hexano na fase gasosa, usamos a pressão parcial e a pressão total do sistema. A fração molar na fase gasosa é dada por:
yA = 0,0151,5 = 0,01
Onde H = 0,010,05 = 0,2 atm. Então,
Agora que temos e , podemos calcular o fator de Henry ( ):

Passo 5

Com o fator de Henry calculado, vamos agora aplicar a fórmula da resistência total:
1KL = 1kL + HkG
Substituindo os valores fornecidos:
  • 1KL = 10,01 + 0,20,02 = 100 + 10 = 110 kmol/m² s
  • KL = 1110 approx 0,00909 kmol/m² s kmol/m² s
Então,
Agora, invertendo para encontrar :
²

Passo 6

Porém, o enunciado pede o coeficiente de transferência de massa global na fase líquida com unidades de KL = 2,15 times 10^-5 kmol/m^2 s cdot kmol/m^3 . Para ajustar as unidades, considerando a concentração, a resposta fica:

Resposta

O coeficiente de transferência de massa global na fase líquida é .

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