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.

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:
í

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:
í

Passo 10

Calculando a área e, em seguida, o diâmetro da coluna:
í

Resposta

O diâmetro da coluna é de aproximadamente 1,145 metros.

Exercícios relacionados

Marque V se for verdadeira e F se for falsa:
( ) Na Lei de Newton da Viscosidade, o gradiente de velocidade eqüivale a taxa de deformação do fluido, cuja dimensão é o segundo, e sempre esse gradiente é negativo, pois o fluido movimentase de maiores para menores concentração de velocidade de quantidade de movimento.
( ) A diferença mecânica entre um dilatante é que esse último deve vencer uma tensão inicial para começar a se deformar.
( ) Para e d= 0,6, a viscosidade em Stokes é igual a 1.
Uma fina placa quadrada de 20 cm de lado, desliza ao longo de um plano inclinado de 30. Qual a massa da placa se a viscosidade do fluido é de 800 cP ? O perfil de velocidade é dado por Vx=3,5 y ( ). Resp: .
Uma absorvedora com 8,5 estágios de equilíbrio está disponível para o tratamento do gás de combustão do Problema 1.
(a) Calcule a vazão de água a ser utilizada na presente absorvedora, considerando que deve ser removido. Calcule também a concentração de na água na saída da absorvedora. R.: 1819
(b) Se a vazão de água utilizada for a mesma que a calculada no Problema 1 (a), qual será a porcentagem de remoção do que pode ser alcançada com essa absorvedora? R.: .
Uma coluna de recheios deve ser projetada para a separação de benzeno de uma mistura gasosa de nitrogênio-benzeno utilizando querosene como solvente. A mistura gasosa, contendo em mol de benzeno, entrará na coluna a uma vazão . A coluna opera a 110 kPa e 298 K . Essencialmente, todo benzeno será absorvido pelo querosene. Este entrará na coluna a uma vazão mássica de com densidade e viscosidade iguais a e , respectivamente. O recheio será composto por anéis de Pall de metal de 50 mm e o diâmetro da torre será escolhido para produzir uma perda de carga de . Determine a fração de inundação (f) e o diâmetro da coluna. Resp.: e (estes resultados foram obtidos via simulador… portanto você certamente obterá resultados diferentes).