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
.
Exercícios relacionados
A difusão de solutos gasosos, como CO2, em materiais porosos como as zeólitas, é um fenômeno importante em processos de separação e catálise. O coeficiente de difusão de um gás em zeólitas pode ser fortemente influenciado pelo tamanho dos poros e pela interação entre o gás e a estrutura da zeólita. Em casos de difusão em poros pequenos, o transporte pode ser dominado pela difusão de Knudsen.
Considere um processo de separação em uma zeólita com poros de diâmetro médio de 0.6 nm a uma temperatura de 300 K. Qual das alternativas a seguir representa corretamente o coeficiente de difusão de Knudsen para o CO2 nesta zeólita, dado que a massa molar do CO2 é ?
A)
B)
C)
D)
Considere um processo de separação em uma zeólita com poros de diâmetro médio de 0.6 nm a uma temperatura de 300 K. Qual das alternativas a seguir representa corretamente o coeficiente de difusão de Knudsen para o CO2 nesta zeólita, dado que a massa molar do CO2 é
A)
B)
C)
D)
Suponha que um processo de adsorção de CO2 ocorre em partículas porosas de sílica com diâmetro de poros médio de 5 nm a uma temperatura de 298 K . O processo de transporte de CO2 no interior dessas partículas ocorre predominantemente por difusão de Knudsen, devido ao pequeno diâmetro dos poros.
A massa molar do CO2 é .
Perguntas:
Calcule o coeficiente de difusão de Knudsen para o CO2 nas partículas porosas de sílica a 298 K .
Compare o valor obtido com o coeficiente de difusão molecular de CO2 no ar, que é aproximadamente a298K, e explique sob quais condições a difusão de Knudsen é predominante.
A massa molar do CO2 é
Perguntas:
Calcule o coeficiente de difusão de Knudsen para o CO2 nas partículas porosas de sílica a 298 K .
Compare o valor obtido com o coeficiente de difusão molecular de CO2 no ar, que é aproximadamente
A difusão de oxigênio
através de um tecido vivo é frequentemente approximado inicialmente como a difusão de
dissolvido em água líquida. Estime o coeficiente de difusão de
em água pelas correlações de Wilke-Chang e Hayduk-Laudie a
.
Benzeno, um contaminante existente em lençóis freáticos, está se difundindo em uma partícula mineral porosa inerte a
C. A partícula tem uma fração de vazios de 0,40 , com um diâmetro médio de poro de
; os poros estão cheios com água proveniente de lençóis freáticos. A massa molar de benzeno (soluto
) é
e o volume crítico
é
. A concentração de benzeno na água que envolve uma partícula é
, que está abaixo de seu limite de solubilidade.
a. Qual é a concentração molar de benzeno nos lençóis freáticos?
b. Quais são as frações molar e mássica de benzeno nos lençóis freáticos?
c. Estime o coeficiente de difusão do benzeno nos lençóis freáticos?
d. Justifique por que a difusão limitada do soluto benzeno através do poro cheio com solvente pode ser ignorada.
e. Estime o coeficiente de difusão efetivo de benzeno no interior da partícula mineral porosa cheia de água.
a. Qual é a concentração molar de benzeno nos lençóis freáticos?
b. Quais são as frações molar e mássica de benzeno nos lençóis freáticos?
c. Estime o coeficiente de difusão do benzeno nos lençóis freáticos?
d. Justifique por que a difusão limitada do soluto benzeno através do poro cheio com solvente pode ser ignorada.
e. Estime o coeficiente de difusão efetivo de benzeno no interior da partícula mineral porosa cheia de água.