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.

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.
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?
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:
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.: