Uma mistura gasosa contendo
(molar) de amônia no ar é carga de uma torre absorvedora que usa água pura como líquido solvente. A água deverá absorver
da amônia presente na mistura gasosa. A solução amoniacal efluente da torre contém 28,0kg de
por 100 kg de
. Se a vazão molar do gás efluente da torre é de
, calcule a vazão molar da carga da torre e a vazão mássica de solvente. R:
e
, respectivamente.
Passo 1
Vamos resolver este exercício de absorção gasosa passo a passo. O enunciado nos dá informações sobre uma mistura de ar com amônia sendo tratada em uma torre absorvedora usando água como solvente. Precisamos calcular:
- A vazão molar da carga da torre.
- A vazão mássica de solvente necessária.
Para isso, vamos usar conceitos de balanço de massa e composição de misturas. Vamos precisar aplicar fórmulas de cálculo de vazões e conversão de unidades.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as informações fornecidas:
- A mistura gasosa contém 5,0 % molar de
. - A água irá absorver 96,0 % da amônia presente na mistura.
- A solução amoniacal efluente contém 28,0 kg de
por 100 kg de . - A vazão molar do gás efluente é de
.
Nosso objetivo é encontrar a vazão molar da carga da torre (
) e a vazão mássica de solvente (
).
Passo 3
Vamos começar fazendo o balanço de massa para a amônia. A quantidade de amônia que entra na torre menos a que é absorvida pela água deve ser igual à quantidade que sai no gás efluente.
A amônia absorbida é 96,0% da amônia presente na carga.
Matematicamente:
A amônia na carga pode ser expressa em termos da vazão molar da carga (
) e da fração molar de
na mistura (
).
Então:
A amônia absorvida é então:
Passo 4
Agora, vamos considerar a amônia que sai no gás efluente. A vazão molar do gás efluente é de
. A fração molar de amônia no gás efluente (
) pode ser encontrada sabendo que 96% foi absorvida:
Mas também sabemos que a quantidade de amônia que sai no gás é:
Igualando as duas expressões:
Passo 5
Para encontrar
, usamos que:
A amônia absorvida é 96% da amônia da carga, então 4% permanece no gás efluente.
Logo:
Substituindo na equação anterior:
Mas parece que houve um erro nos cálculos anteriores. Vamos revisar.
Passo 6
Peço desculpas pelo erro. Vamos refazer o balanço de amônia.
Sabemos que:
A amônia que sai no gás:
E isso é igual a 20,0 kmol/h multiplicado pela fração molar de amônia no efluente:
Sabendo que
, temos:
Isso confirma a consistência, mas não nos ajuda a encontrar
. Precisamos de outra abordagem.
Passo 7
Vamos usar o balanço de massa total.
A vazão molar da carga (
) é igual à vazão molar do gás efluente (
) mais a vazão molar absorvida pela água.
A vazão molar absorvida pela água é a amônia absorvida, que é
.
Então:
Passo 8
Agora que encontramos a vazão molar da carga da torre,
, vamos calcular a vazão mássica de solvente necessário.
Sabemos que a solução amoniacal efluente contém 28,0 kg de
por 100 kg de
.
Primeiro, encontramos a quantidade de amônia absorvida:
Convertendo para kg/h (massa molar da
é aproximadamente 17 kg/kmol):
Agora, usando a relação da solução:
Onde
é a vazão mássica de água.
Resolvendo para
:
Resposta
A vazão molar da carga da torre é de
e a vazão mássica de solvente necessária é de
.