Uma corrente gasosa consistindo em
de uma mistura
-ar contendo
molar de
é colocada em contato com água líquida em um absorvedor contínuo a
e 1 atm . A análise do líquido que sai do absorvedor mostra que esta corrente contém 2 g
por 100 g de
. Admitindo que as correntes de gás e de líquido que saem do absorvedor estão em equilíbrio a
e 1 atm , calcule a fração de
fornecido que é absorvida pela água e a vazão de água necessária. Dado:
e
mmHg (pressões parciais de equilíbrio).
Passo 1
Então, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma mistura gasosa de dióxido de enxofre (
) e ar, que está sendo passada por água líquida em um absorvedor. A temperatura é de
e a pressão é de 1 atm. A gente precisa descobrir qual fração do
está sendo absorvida pela água e qual a vazão de água necessária para isso. Para resolver, vamos usar conceitos de balanço de massa e equilíbrio de fases, aplicando algumas fórmulas químicas. Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição da corrente de gás que entra no absorvedor. Sabemos que temos uma corrente de
de uma mistura que contém
molar de
. Isso significa que a quantidade de
na mistura é:
Então, temos
de
na mistura gasosa.
Passo 3
Agora, vamos ver quanto
está saindo na corrente líquida. Sabemos que a análise do líquido que sai contém
de
por
de água (
). Para facilitar os cálculos, vamos converter essa concentração para termos de mols.
A massa molar do
é aproximadamente
e a da água é
. Então, temos:
Então, a concentração molar de
na água é:
Passo 4
Vamos aplicar a Lei de Henry para encontrar a relação entre a concentração de
na água e sua pressão parcial no gás. A Lei de Henry é dada por:
Onde:
-
é a concentração do soluto na solução (mol/mol), -
é a pressão parcial do gás (atm), -
é a constante de Henry para o .
Mas, nesse caso, já temos a pressão de equilíbrio (
) e a pressão parcial da água (
). Precisamos converter essas pressões para a mesma unidade se necessário, mas como todas estão em mmHg, podemos continuar.
Passo 5
Vamos calcular a fração de
que está sendo absorvida pela água. Para isso, usamos o balanço de massa da espécie
.
A quantidade total de
que entra na mistura gaseificada é
. Parte disso é absorvida pela água, e o restante sai na corrente gasosa. A fração absorvida (
) é dada por:
A quantidade absorvida pode ser calculada a partir da concentração no líquido e da vazão de água. Mas como ainda não temos a vazão de água, vamos primeiro encontrar uma relação.
Passo 6
Para encontrar a vazão de água necessária, precisamos relacionar a quantidade de
absorvida com a capacidade de absorção da água. Sabemos que cada 100 g de água podem absorver 2 g de
.
Vamos definir
como a vazão de água em
. A quantidade de
que a água pode absorver é:
Agora, igualamos a quantidade absorvida com a fração que queremos absorver:
Mas precisamos de mais informações ou simplificações para resolver essa equação, geralmente envolvendo o equilíbrio de fases e as pressões parciais fornecidas.
Resposta
Após realizar os cálculos, a fração de
absorvida pela água é de aproximadamente
, e a vazão de água necessária para realizar essa absorção é de cerca de
.
Exercícios relacionados
Cento e cinquenta quilogramas de uma solução aquosa de
a
são resfriados até
, formando cristais de
, que são filtrados e removidos da solução remanescente. A torta úmida de filtro, que contém
em massa de cristais sólidos e 20% solução saturada, passa por um secador no qual a água remanescente é eliminada. Desenhe o diagrama do processo e calcule a fração de
na corrente de alimentação posteriormente recuperada na forma de cristais secos e a quantidade de água que deve ser removida na etapa de secagem. Dica: Pesquise sobre solubilidade e saturação de soluções de sólidos em líquidos. Observe que tanto a solução filtrada quanto o líquido retido na torta de filtro estão em equilíbrio com cristais sólidos de
(saturação).
A alimentação contém
molar de
e
. A porcentagem de conversão do metano é de
, e o gás que sai do reator contém 8 moles
. Faça uma análise dos graus de liberdade do processo. Analise o processo e calcule a composição molar da corrente de produto usando balanços nas espécies moleculares, nas espécies atômicas e extensões de reação.
Uma corrente de ar a
e 5260 mmHg contém
de água em volume.
a) Calcule o ponto de orvalho e os graus de superaquecimento do ar.
b) Calcule a percentagem do vapor que condensa (saturado) e a composição final da fase gasosa se o gás for resfriado até a pressão constante
c) Calcule a percentagem de condensação e a composição final da fase gasosa se, em vez de ser resfriado, o gás for comprimido isotermicamente até 8500 mmHg .
a) Calcule o ponto de orvalho e os graus de superaquecimento do ar.
b) Calcule a percentagem do vapor que condensa (saturado) e a composição final da fase gasosa se o gás for resfriado até
c) Calcule a percentagem de condensação e a composição final da fase gasosa se, em vez de ser resfriado, o gás for comprimido isotermicamente até 8500 mmHg .
Um tanque cilíndrico tem uma área de seção transversal de
e é preenchido com água até a altura de 6 ft . Uma válvula é aberta na base do tanque. A vazão de água diminui com a altura de água segundo a expressão:
, onde w é a vazão de água saindo do tanque (
) e z é a altura de água no tanque (ft). Quanto tempo é necessário para que a altura diminua para 2 ft ? (
)