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:
  1. A vazão molar da carga da torre.
  2. 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:
ôô
A amônia na carga pode ser expressa em termos da vazão molar da carga ( ) e da fração molar de na mistura ( ).
Então:
ô
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:
ôáôô
Mas também sabemos que a quantidade de amônia que sai no gás é:
ôáãá
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:
ô
A amônia que sai no gás:
ôá
E isso é igual a 20,0 kmol/h multiplicado pela fração molar de amônia no efluente:
Sabendo que ôáãá, 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:
ô
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 .

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