Uma mistura ar- NH3 com 2 % em mol de NH3 a 68^circ F e 1atm será alimentada em uma coluna de recheios (selas de Berls cerâmicas de 1,5 in) para a recuperação do NH3 utilizando água como solvente. A vazão mássica de água por unidade de área será de 2400 lb /(h ft^2 ), e a vazão mássica de gás por unidade de área de 240 lb /(h ft^2 ). Assuma que a temperatura da coluna fica constante em 68^circ F, temperatura na qual a relação da solubilidade de gás segue a lei de Henry, p = H.x, onde p é a pressão parcial da amônia na solução, x é a fração molar da amônia no líquido e H é a constante da lei de Henry, igual a 2,7 atm/fração molar.
(a) Calcule a altura de recheio requerida para a absorção de 90 % do NH3. Dado: (H T U)o G=0,85 ft; Resp.: z=2,2 ft.
(b) Calcule o fluxo mínimo de água em lb/(h.ft²) para absorção de 98 % do NH3.
© É sugerido o uso de anéis de Hiflow cerâmicos de 1,5 in ao invés de selas Berl. Quais mudanças essa troca iria causar em KG a, queda de pressão, vazão máxima de líquido, KL a, altura da coluna, diâmetro da coluna, (HTU)og e (NTU)og?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma mistura de ar com 2% em mol de NH3 a 68^circ F e 1 atm de pressão. Essa mistura vai entrar numa coluna de recheios para recuperar a amônia usando água como solvente. A pergunta (a) quer que a gente calcule a altura de recheio necessária para absorver 90% da NH3.
Para resolver isso, vamos precisar entender alguns conceitos:
  • Lei de Henry: Relaciona a pressão parcial de um gás na solução com a fração molar do gás no líquido.
  • HTU (Height of Transfer Unit): É uma medida de eficiência de transferência de massa em uma coluna de absorção.
  • NTU (Number of Transfer Units): Número total de unidades de transferência necessárias para alcançar a absorção desejada.

Passo 2

Primeiro, vamos aplicar a Lei de Henry, que nos diz que:
p = H cdot x
Onde:
  • p é a pressão parcial da amônia na solução,
  • x é a fração molar da amônia no líquido,
  • H é a constante da Lei de Henry, que é 2,7 , atm/fração molarçã.
Isso nos ajuda a relacionar a concentração de amônia no líquido com a pressão parcial no gás.

Passo 3

Agora, vamos entender o que significa absorver 90% da NH3. Isso quer dizer que queremos remover 90% da amônia presente no gás, deixando apenas 10%.
A relação entre HTU e NTU é dada por:
NTU = ln(C0C)1 - CC0
Onde C0 é a concentração inicial e C é a concentração final. Para 90% de absorção, podemos usar simplificações específicas de projeto.

Passo 4

Dado que (HTU)OG = 0,85 , ft e queremos absorver 90% da NH3, podemos calcular o número total de unidades de transferência necessárias.
Usando a fórmula simplificada para sistemas de absorção:
NTU = ln(11 - Absorção) = ln(11 - 0,9) = ln(10) approx 2,3 çã

Passo 5

Agora, multiplicamos o número de unidades de transferência (NTU) pelo HTU para encontrar a altura total de recheio necessária:
z = NTU times (HTU)OG = 2,3 times 0,85 , ft approx 1,955 , ft
Arredondando, temos aproximadamente 2,0 , ft.

Resposta

A altura de recheio requerida para a absorção de 90% do NH3 é aproximadamente 2,0 , ft.

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