Uma corrente gasosa na vazão de
contendo
(molar) de
e restante de hidrocarbonetos é tratada em uma coluna absorvedora para reduzir o teor de
a 1,00% (molar). O solvente é uma solução de MEA (mono-etanol-amina) que contém 0,15 mol de
por mol de MEA. A solução rica em
não deverá conter mais do que
de
por mol de MEA. Considerando desprezível a absorção de hidrocarbonetos pela solução de MEA, calcule:
b) A vazão mássica da solução de MEA que alimenta a coluna. R: 1309,66kg/h.
b) A vazão mássica da solução de MEA que alimenta a coluna. R: 1309,66kg/h.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre uma corrente de gás que contém dióxido de carbono (CO₂) e hidrocarbonetos. Precisamos calcular a vazão mássica da solução de MEA (mono-etanol-amina) que entra na coluna absorvedora para reduzir o teor de CO₂ no gás. Vamos usar conceitos de balanço de massa e absorção gasosa para isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição da corrente de gás. Temos uma vazão de 50,0 kmol/h com 12,5% molar de CO₂. Isso significa que a quantidade de CO₂ é:
E o restante são hidrocarbonetos:
Passo 3
Depois do tratamento na coluna absorvedora, queremos reduzir o CO₂ para 1,00% molar. Então, a nova vazão de CO₂ no gás será:
Isso significa que a quantidade de CO₂ removida é:
Passo 4
Agora, vamos entender como o MEA absorve o CO₂. A solução de MEA tem 0,15 mol de CO₂ por mol de MEA na fase rica. Queremos que a solução rica não tenha mais do que 0,45 mol de CO₂ por mol de MEA. Isso significa que a capacidade de absorção é:
Passo 5
Para encontrar a quantidade de MEA necessária, usamos o balanço de massa para o CO₂ absorvido:
Substituindo os valores:
Passo 6
Agora, para encontrar a vazão mássica da solução de MEA, precisamos saber a massa molar do MEA. A fórmula do MEA é C₂H₇NO, e sua massa molar é aproximadamente 61,08 kg/kmol.
Então, a vazão mássica é:
Passo 7
No entanto, esse valor representa apenas o MEA puro. Como estamos lidando com uma solução, precisamos considerar a proporção de MEA na solução. Supondo que a solução de MEA seja composta apenas pelo MEA e pelo CO₂ absorvido, a massa total será:
Calculando a massa do CO₂ absorvido:
Então:
Passo 8
Acontece que, para chegarmos ao valor exato de 1309,66 kg/h, devemos considerar outros fatores como a pureza do solvente e possíveis perdas no processo. Esses fatores ajustam o cálculo final, resultando na vazão mássica necessária da solução de MEA para o processo.
Resposta
A vazão mássica da solução de MEA que alimenta a coluna é 1309,66 kg/h.