Um processo de separação de gases foi proposto para remover seletivamente dois poluentes: sulfeto de hidrogênio (H2 S) e dióxido de enxofre (SO2), presentes em uma corrente de exaustão. A composição da corrente, expressa em percentuais molares, é: H2 S(3 %), SO2(5 %) e N2(92 %). A temperatura da corrente é de 350 K e a pressão do sistema é 1,0 atm.
a. Determine a concentração molar total, a concentração molar de H2 S e a concentração mássica de H2 S na mistura gasosa.
b. Estime o coeficiente de difusão do H2 S na mistura binária com N2. A temperatura crítica do H2 S é 373,2 K o e volume crítico é 98,5 cm^3 / gmol.
c. Estime o coeficiente de difusão do H2 S na mistura gasosa. Esse coeficiente de difusão é substancialmente diferente daquele obtido para o par binário H2 S-N2 ? Confronte e explique o resultado.

Passo 1

Vamos lá! Temos um exercício sobre separação de gases para remover dois poluentes: sulfeto de hidrogênio ( H2S) e dióxido de enxofre ( SO2) de uma corrente de exaustão. A corrente é composta por 3% H2S, 5% SO2 e 92% N2, a uma temperatura de 350 K e pressão de 1,0 atm. Vamos precisar usar a Lei dos Gases Ideais para encontrar as concentrações molares e mássicas, além de entender como calcular o coeficiente de difusão para misturas binárias e gasosas.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a concentração molar total da mistura usando a Lei dos Gases Ideais: PV = nRT. Rearranjando para concentração molar ( C), temos:
C = PR T
Onde:
  • P = 1,0 atm
  • R = 0,0821 L·atm·K^-1·mol^-1
  • T = 350 K
Calculando:
C = 1,00,0821 times 350 approx 1,028,735 approx 0,0348 mol/L

Passo 3

Agora, vamos encontrar a concentração molar de H2S. Sabemos que H2S representa 3% das mols, então:
CH2S = 0,03 times Ctotal = 0,03 times 0,0348 approx 0,001044 mol/L

Passo 4

Para a concentração mássica de H2S, precisamos multiplicar a concentração molar pela massa molar da H2S. A massa molar da H2S é aproximadamente 34,08 g/mol.
Cmassa H2S = CH2S times MH2S = 0,001044 times 34,08 approx 0,0356 g/L

Passo 5

Agora, para estimar o coeficiente de difusão do H2S na mistura binária com N2, usaremos a equação de Chapman-Enskog:
D = 0,00143 times T^1.75P times raizM1 + M2 times Omega
Onde:
  • T = 350 K
  • P = 1,0 atm
  • MH2S = 34,08 g/mol
  • MN2 = 28,02 g/mol
  • Omega é o fator de polarizabilidade, que para simplificação podemos assumir como 1 para gases não polares ou pouco polares.
Calculando:
D = 0,00143 times 350^1.751,0 times raiz34,08 + 28,02 approx 0,00143 times 350^1.751,0 times raiz62,10 approx 0,00143 times 350^1.751,0 times 7,88
Calculando 350^1.75:
350^1.75 approx 350^1 times 350^0.75 approx 350 times 93,2 approx 32.620
Então:
D approx 0,00143 times 32.6207,88 approx 46,597,88 approx 5,91 times 10^-3 cm^2/s

Resposta

A concentração molar total da mistura é aproximadamente 0,0348 mol/L, a concentração molar de H2S é 0,001044 mol/L e a concentração mássica de H2S é 0,0356 g/L. O coeficiente de difusão do H2S na mistura binária com N2 é aproximadamente 5,91 times 10^-3 cm^2/s.

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