Um processo de separação de gases foi proposto para remover seletivamente dois poluentes: sulfeto de hidrogênio
e dióxido de enxofre
, presentes em uma corrente de exaustão. A composição da corrente, expressa em percentuais molares, é:
e
. A temperatura da corrente é de 350 K e a pressão do sistema é
.
a. Determine a concentração molar total, a concentração molar de
e a concentração mássica de
na mistura gasosa.
b. Estime o coeficiente de difusão do
na mistura binária com
. A temperatura crítica do
é
o e volume crítico é
.
c. Estime o coeficiente de difusão do
na mistura gasosa. Esse coeficiente de difusão é substancialmente diferente daquele obtido para o par binário
? Confronte e explique o resultado.
a. Determine a concentração molar total, a concentração molar de
b. Estime o coeficiente de difusão do
c. Estime o coeficiente de difusão do
Passo 1
Vamos lá! Temos um exercício sobre separação de gases para remover dois poluentes: sulfeto de hidrogênio (
) e dióxido de enxofre (
) de uma corrente de exaustão. A corrente é composta por 3%
, 5%
e 92%
, 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:
. Rearranjando para concentração molar (
), temos:
Onde:
Calculando:
Passo 3
Agora, vamos encontrar a concentração molar de
. Sabemos que
representa 3% das mols, então:
Passo 4
Para a concentração mássica de
, precisamos multiplicar a concentração molar pela massa molar da
. A massa molar da
é aproximadamente 34,08 g/mol.
Passo 5
Agora, para estimar o coeficiente de difusão do
na mistura binária com
, usaremos a equação de Chapman-Enskog:
Onde:
-
-
-
-
-
é o fator de polarizabilidade, que para simplificação podemos assumir como 1 para gases não polares ou pouco polares.
Calculando:
Calculando
:
Então:
Resposta
A concentração molar total da mistura é aproximadamente
, a concentração molar de
é
e a concentração mássica de
é
. O coeficiente de difusão do
na mistura binária com
é aproximadamente
.