Pretende-se absorver
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
e na saída
molar. A vazão de ar é de
e o da água pura na entrada é de
. O coeficiente global de transferência de massa pelo lado do gás é
. 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 (
) 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
, 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 (
) é 1,69
, 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 (
): 1000 mol/h - Concentração de
no ar de entrada ( ): 1,5% = 0,015 mol/mol - Concentração de
no ar de saída ( ): 0,5% = 0,005 mol/mol - Vazão de água pura (
): 25000 mol/h - Constante de Henry (
): 34 (sem unidades, assumindo) - Área da seção transversal (
): 0,186 m² - Temperatura (
): 293 K - Pressão (
): 1 atm - Coeficiente global de transferência de massa (
): 1,69
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:
Passo 4
Agora, vamos determinar a mudança na concentração de
no ar:
Isso significa que 0,010 mol de
é removido por mol de ar processado.
Passo 5
Aplicamos a equação de transferência de massa para uma coluna de absorção:
Onde:
-
é a quantidade de a ser removida -
é o coeficiente global de transferência de massa -
é a área da coluna -
é a diferença na concentração de no gás
Primeiro, calculamos a carga de massa:
Passo 6
Agora, rearranjamos a equação para encontrar a altura da coluna (
):
Passo 7
Convertendo metros para centímetros para uma melhor interpretação:
Resposta
A altura da coluna necessária para absorver o
é de aproximadamente 0,88 cm.