(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:
  1. Vazão molar da carga da torre (quanto de gás estamos colocando na torre por hora).
  2. 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:
íô
Em termos de nossas variáveis:
ô
Sabemos que 96,0% da amônia é absorvida, então:
ô
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:
ôôô
Convertendo kmol/h para kg/h (massa molar da = 17,03 kg/kmol):
ôô
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.

Exercícios relacionados

(Felder, p. 171, q. 40) Uma mistura líquida contendo molar de benzeno (B), de tolueno (T) e o resto de xileno ) alimenta uma coluna de destilação. O produto de fundo contém molar de X e nenhum B, e do X na alimentação são recuperados nesta corrente. O produto de topo alimenta uma segunda coluna. O produto de topo da segunda coluna contém do B contido na alimentação desta coluna. A composição desta corrente é molar de B e o resto de T.
a) Desenhe e rotule um diagrama de fluxo para este processo e faça uma análise dos graus de liberdade para provar que, para uma base admitida de cálculo, as vazões molares e composições de todas as correntes de processo podem ser calculadas com a informação dada. Escreva em ordem as equações que você resolveria para calcular as variáveis desconhecidas do processo. Em cada equação (ou par de equações simultâneas), marque as variáveis para as quais você as resolveria. Não faça nenhum cálculo. R: resposta por conta do (a) discente.
(Nilo, p. 184, q. 14) Uma mistura gasosa propano-ar contendo (em volume) de propano e vazão mássica total de s é carga de uma coluna de absorção onde entra em contato com um óleo de absorção isento de propano e massa molar de . Deseja-se que o óleo de absorção remova do propano presente na mistura gasosa. Se a fração em quantidade de matéria de propano no óleo efluente da coluna é de , calcule:
b) O teor molar de propano na mistura gasosa efluente da coluna. R: 1,1%.
(Nilo, p. 185, q. 21) 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:
a) A % de absorção de na coluna absorvedora. R: .