Em uma planta industrial, deseja-se lavar uma corrente de ar contendo
de NO 2 com água pura utilizando uma coluna de absorção recheada, com área transversal de 1,5m2 e 3,5m de altura, pressão de 1 atm . A vazão do ar é de
e a vazão de líquido é de
. A concentração do gás no ar de saída deverá ser
. Caso a água deixe a coluna em equilíbrio com o gás que entra, ela conteria
de NO2.
(a) Qual é a relação L/Lmin.
(b) Calcule o NTU e o HTU para o sistema.
(a) Qual é a relação L/Lmin.
(b) Calcule o NTU e o HTU para o sistema.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse problema juntos! A gente precisa calcular algumas coisas sobre uma coluna de absorção usada para remover dióxido de nitrogênio (NO₂) do ar usando água. Vamos trabalhar com conceitos de transferência de massa em processos de absorção, especificamente calculando a relação L/Lmin, o Número de Unidades de Transferência (NTU) e a Altura de Unidades de Transferência (HTU). Para isso, vamos precisar usar fórmulas que relacionam as vazões de ar e líquido, as concentrações de NO₂ e as dimensões da coluna.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é L/Lmin. Aqui, L é a vazão de líquido utilizada no processo e Lmin é a vazão mínima de líquido necessária para realizar a absorção desejada. A relação L/Lmin indica quão eficiente está sendo o processo em relação ao mínimo necessário.
A fórmula para calcular L/Lmin é:
onde:
-
é a relação de Henry, que relaciona a solubilidade do gás no líquido. -
é a concentração de gás na entrada. -
é a concentração de gás na saída.
Passo 3
Primeiro, precisamos calcular
e
em termos fracionários.
Dado que:
- Concentração de entrada,
v/v = 0,014 - Concentração de saída,
v/v = 0,003
Agora, precisamos encontrar a relação de Henry
, que pode ser calculada usando a concentração no líquido em equilíbrio:
A relação de Henry é:
Passo 4
Agora que temos
, podemos calcular L/Lmin usando a fórmula mencionada:
Primeiro, vamos calcular
E
Aqui percebemos que temos um logaritmo de um número negativo, o que não é possível matematicamente. Isso indica que houve um erro na aplicação da fórmula ou nos valores utilizados.
Na verdade, a fórmula correta para
em uma coluna de absorção com equilíbrio total é:
Vamos usar essa fórmula correta.
Passo 5
Aplicando a fórmula correta:
Isso significa que a relação L/Lmin é aproximadamente 0,0364.
Passo 6
Agora, vamos calcular o Número de Unidades de Transferência (NTU) e a Altura de Unidades de Transferência (HTU).
A fórmula para NTU é:
Já a HTU pode ser calculada usando:
Passo 7
Usando o valor de
que encontramos:
Agora, calculando a HTU:
Resposta
(a) A relação
é aproximadamente 0,0364.
(b) O Número de Unidades de Transferência (NTU) é 0,0364 e a Altura de Unidades de Transferência (HTU) é aproximadamente 96,15 metros.
Exercícios relacionados
Um soluto gasoso diluído em uma mistura gasosa deve ser absorvido por um solvente líquido puro em contra-corrente em uma coluna com recheio. A temperatura e a pressão de operação são 293 K e 1 atm, respectivamente. Deseja-se recuperar
do soluto utilizando-se uma vazão de solvente
superior à vazão mínima. Sabe-se que o HTU para esta coluna é de
.
(a) Calcule o número de unidades de transferência;
(b) Calcule a altura de recheio necessária para a realização da operação.
(a) Calcule o número de unidades de transferência;
(b) Calcule a altura de recheio necessária para a realização da operação.
Uma mistura ar-
com
em mol de
a
e 1atm será alimentada em uma coluna de recheios (selas de Berls cerâmicas de 1,5 in) para a recuperação do
utilizando água como solvente. A vazão mássica de água por unidade de área será de
), e a vazão mássica de gás por unidade de área de
). Assuma que a temperatura da coluna fica constante em
, 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 do
. Dado:
; Resp.:
.
(b) Calcule o fluxo mínimo de água em lb/(h.ft²) para absorção de do
.
© 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 , queda de pressão, vazão máxima de líquido,
, altura da coluna, diâmetro da coluna, (HTU)og e (NTU)og?
(a) Calcule a altura de recheio requerida para a absorção de
(b) Calcule o fluxo mínimo de água em lb/(h.ft²) para absorção de
© 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
Você deve projetar uma coluna de recheios para recuperar
de acetona do ar com água como solvente. O ar entra com
em moles de acetona. A coluna absorvedora é equipada com sistema de resfriamento, sendo mantida a
e 1 atm , de modo a produzir uma corrente com
em moles de acetona. Água é alimentada com
em moles de acetona. A torre é projetada para operar com
da velocidade de inundação.
a) Qual seria a vazão de solvente para uma vazão de gás de (para
e
)? Resp. 3820lb/h
b) Quantas unidades de transferências são necessárias, com base na força motriz global via fase gás (NTU) ? Resp. N
c) Se a torre for equipada com anéis de Raschig de 1 polegada, qual deveria ser a altura da torre recheada ? Resp.
Dados experimentais da mistura:
Densidade média do sistema: ;
);
(@ Ponto de ebulição normal)
Para o equilíbrio,
assuma:
a) Qual seria a vazão de solvente para uma vazão de gás de
b) Quantas unidades de transferências são necessárias, com base na força motriz global via fase gás (NTU)
c) Se a torre for equipada com anéis de Raschig de 1 polegada, qual deveria ser a altura da torre recheada ? Resp.
Dados experimentais da mistura:
Densidade média do sistema:
Para o equilíbrio,
assuma:
Considere também que a pressão de vapor da acetona a
é de
.
Calcule a taxa de TM a uma temperatura de 298 K e pressão de 1 atm , sob essas condições
. Resp.: