(Nilo, p. 185, q. 19) 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
Beleza, vamos entender o que tá acontecendo aqui. A gente tem uma mistura gasosa que contém 5,0% molar de amônia (
) no ar. Essa mistura entra numa torre absorvedora que usa água pura como solvente. A água precisa absorver 96,0% da amônia presente no gás. No final, a solução amoniacal que sai da torre contém 28,0 kg de
para cada 100 kg de água (
). Sabemos também que a vazão molar do gás que sai da torre é de 20,0 kmol/h. Nosso objetivo é calcular duas coisas:
- Vazão molar da carga da torre (quanto de gás estamos colocando na torre por hora).
- Vazão mássica de solvente (quanto de água estamos usando por hora).
Para resolver isso, vamos precisar aplicar conceitos de balanço de massa, especialmente para sistemas de absorção gasosa.
Passo 2
Primeiro, vamos definir algumas variáveis para facilitar:
-
: Vazão molar da carga da torre (o que queremos encontrar). -
: Vazão molar da carga de gás (entrada da torre). -
: Vazão mássica de solvente (água) que queremos encontrar. -
: Vazão molar do gás efluente (já dada, 20,0 kmol/h). -
: Fraç��o molar de na carga de gás (5,0% = 0,05). -
: Fração molar de no efluente (como a água absorveu 96,0%, então o restante é 4,0% da amônia no gás que sai).
Vamos começar estabelecendo o balanço de massa para a amônia.
Passo 3
O balanço de massa para a amônia pode ser escrito como:
Em termos de nossas variáveis:
Sabemos que 96,0% da amônia é absorvida, então:
Substituindo na equação do balanço:
Passo 4
Vamos isolar
:
Agora, podemos resolver para
:
Passo 5
Precisamos encontrar
, a fração molar de
no efluente. Sabemos que 96,0% foi absorvida, então restou 4,0%:
Agora, substituímos os valores na equação de
:
Passo 6
Agora que encontramos a vazão molar da carga da torre (
), vamos calcular a vazão mássica de solvente (
). Sabemos que a solução amoniacal contém 28,0 kg de
por 100 kg de
.
Primeiro, vamos achar a quantidade de
absorvida:
Convertendo kmol/h para kg/h (massa molar da
= 17,03 kg/kmol):
Agora, usando a relação da solução:
Resolvendo para
:
Aproximando para uma casa decimal:
Resposta
A vazão molar da carga da torre é de 21,0 kmol/h e a vazão mássica de solvente é de 61,2 kg/h.