Pretende-se absorver SO2 de uma corrente de ar utilizando uma corrente de água numa coluna de recheio com uma área da seção transversal de 0,186 m² e que opera a 293 K e 1 atm. O ar na entrada da coluna contém 1,5% molar de SO2 e na saída 0,5 % molar. A vazão de ar é de 1000 mol h^-1 e o da água pura na entrada é de 25000 mol h^-1. O coeficiente global de transferência de massa pelo lado do gás é Ky a=1,69 mol m^-3 s^-1. A constante de Henry é igual a 34 . Calcule a altura da coluna.

Passo 1

Beleza, vamos entender qual é a questão aqui. Temos uma coluna de absorção usada para remover dióxido de enxofre ( SO2) de uma corrente de ar usando água. A coluna tem uma área de seção transversal de 0,186 m² e opera a 293 K e 1 atm. No ar que entra, há 1,5% molar de SO2, e na saída, esse valor reduz para 0,5% molar. A vazão de ar é de 1000 mol/h e a de água pura é de 25000 mol/h. O coeficiente global de transferência de massa do lado do gás ( Ky a) é 1,69 mol m^-3 s^-1, e a constante de Henry é 34. Nosso objetivo é calcular a altura da coluna necessária para essa absorção.
Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de transferência de massa em colunas de absorção, a lei de Henry que relaciona a solubilidade de gases em líquidos, e como o coeficiente de transferência de massa afeta a eficiência da absorção. Vamos resolver isso passo a passo.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as quantidades envolvidas:
  • Vazão de ar ( FG): 1000 mol/h
  • Concentração de SO2 no ar de entrada ( yG,in): 1,5% = 0,015 mol/mol
  • Concentração de SO2 no ar de saída ( yG,out): 0,5% = 0,005 mol/mol
  • Vazão de água pura ( FL): 25000 mol/h
  • Constante de Henry ( H): 34 (sem unidades, assumindo)
  • Área da seção transversal ( A): 0,186 m²
  • Temperatura ( T): 293 K
  • Pressão ( P): 1 atm
  • Coeficiente global de transferência de massa ( Ky a): 1,69 mol m^-3 s^-1

Passo 3

Vamos converter as vazões de mols por hora para mols por segundo, já que o coeficiente de transferência de massa está em segundos.
Sabemos que 1 hora = 3600 segundos. Então:
FG = 1000 , mol/h3600 , s/h approx 0,2778 , mol/s
FL = 25000 , mol/h3600 , s/h approx 6,944 , mol/s

Passo 4

Agora, vamos determinar a mudança na concentração de SO2 no ar:
De
Isso significa que 0,010 mol de SO2 é removido por mol de ar processado.

Passo 5

Aplicamos a equação de transferência de massa para uma coluna de absorção:
Carga de massa = Ky a times A times De
Onde:
  • Carga de massa é a quantidade de SO2 a ser removida
  • Ky a é o coeficiente global de transferência de massa
  • A é a área da coluna
  • De é a diferença na concentração de SO2 no gás
Primeiro, calculamos a carga de massa:
Carga de massa = FG times De

Passo 6

Agora, rearranjamos a equação para encontrar a altura da coluna ( H):
H = Carga de massaKy a times A = 0,002778 , mol/s1,69 , mol m^-3 s^-1 times 0,186 , m² ²
H = 0,0027781,69 times 0,186 approx 0,0027780,31434 approx 0,00884 , m

Passo 7

Convertendo metros para centímetros para uma melhor interpretação:
0,00884 , m times 100 = 0,884 , cm

Resposta

A altura da coluna necessária para absorver o SO2 é de aproximadamente 0,88 cm.

Exercícios relacionados