Uma corrente de água residual de
com 10 ppm (em massa) de benzeno é utilizada em uma coluna de dessorção recheada para reduzir a concentração de benzeno para 0,005 ppm, utilizando ar como gás de transporte a 298 K e 2 atm. O recheio especificado é composto por anéis de Pall de plástico de 50 mm . A vazão de ar a ser utilizada é cinco vezes maior que a mínima. A constante da lei de Henry para o benzeno em água a essa temperatura é
. Calcule o diâmetro da coluna se a queda de pressão do gás não deve ser superior a
de altura de recheio.
Dados:
Pa.s;
. 10-5Pa.s; Resp.: 1,145 m.
Dados:
Passo 1
Vamos lá! O exercício trata de uma coluna de dessorção usada para reduzir a concentração de benzeno em uma corrente de água residual. A matéria envolvida é Engenharia Química, especificamente operações unitárias e equilíbrio líquido-gás. Precisamos calcular o diâmetro da coluna, considerando a vazão de água e ar, a redução da concentração de benzeno, e a queda de pressão máxima permitida.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é a coluna de dessorção. É um equipamento onde o ar (gás) remove componentes voláteis, como o benzeno, da água (líquido). A eficiência desse processo depende do contato entre as duas fases e das propriedades físicas envolvidas.
Passo 3
Sabemos que a concentração de benzeno na água deve ser reduzida de 10 ppm para 0,005 ppm. Isso implica um balanço de massa, onde a quantidade de benzeno transferida para o ar deve corresponder à redução na água.
Passo 4
A Lei de Henry nos diz que a concentração de benzeno no ar em equilíbrio com a água é proporcional à concentração no líquido:
onde
é a constante de Henry.
Passo 5
Calculamos a carga de benzeno a ser removida:
Passo 6
Convertendo ppm para molaridade usando a constante de Henry:
Passo 7
Determinar a vazão de ar necessária. O enunciado diz que a vazão de ar deve ser cinco vezes a mínima:
Passo 8
Usamos a equação de fluxo na coluna para relacionar as vazões e as áreas:
Onde
é a área da coluna,
é a queda de pressão por metro,
é a viscosidade do ar, e
é a altura da coluna.
Passo 9
Isolando o diâmetro da coluna:
Passo 10
Calculando a área
e, em seguida, o diâmetro
da coluna:
Resposta
O diâmetro da coluna é de aproximadamente 1,145 metros.