Em um processo de transferência de massa em uma coluna de absorção (transferência de massa da fase gás para a fase líquida) lesgotamento (transferência de massa da fase líquida para a fase gás) a temperatura é
e a pressão total é
. A composição em fração molar do soluto sendo transferido na corrente líquido é 0,0015 enquanto sua pressão parcial na fase gás é 4200 Pa . A constante de equilíbrio para o soluto entre as fases gás e líquido é 1,45 . Sabendo que o coeficiente local de transferência de massa para a fase gás em fração molar é
e o coeficiente local de transferência de massa para a fase líquida em concentração molar é 0,0000135
, faça o que se pede.
Demonstre se o processo é de absorção ou de esgotamento.
Demonstre se o processo é de absorção ou de esgotamento.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que está acontecendo nesse exercício. Estamos falando sobre transferência de massa em uma coluna de absorção ou esgotamento. A coluna está operando a 40°C e 1,5 atm de pressão total. Temos informações sobre a composição do soluto na fase líquida e na fase gasosa, além dos coeficientes de transferência de massa para cada fase. Nosso objetivo aqui é demonstrar se o processo está ocorrendo como absorção ou esgotamento.
Para resolver isso, vamos precisar entender o que é absorção e esgotamento, além de usar a relação do equilíbrio e os coeficientes de transferência de massa fornecidos.
Passo 2
Primeiro, vamos esclarecer o que são absorção e esgotamento:
- Absorção: É o processo onde o soluto é transferido da fase gasosa para a fase líquida.
- Esgotamento (stripping): É o processo inverso, onde o soluto é transferido da fase líquida para a fase gasosa.
Então, para determinar qual processo está ocorrendo, precisamos verificar a direção do fluxo de massa do soluto entre as fases.
Passo 3
Vamos olhar para as informações fornecidas:
- Fração molar do soluto na fase líquida:
- Pressão parcial do soluto na fase gasosa:
- Constante de equilíbrio:
A constante de equilíbrio
relaciona a tendência do soluto se mover entre as fases gasosa e líquida. Ela é definida como:
onde
é a fração molar na fase gasosa e
é a concentração na fase líquida.
Passo 4
Primeiro, precisamos calcular a fração molar do soluto na fase gasosa
. Para isso, usamos a pressão parcial fornecida e a pressão total:
Convertendo a pressão total para Pascals (sabendo que
):
Então,
Passo 5
Agora, vamos aplicar a constante de equilíbrio:
Isolando
:
Comparando
com a fração molar na fase l��quida
, vemos que
.
Passo 6
A diferença
indica a direção do fluxo de massa. Se
, há uma tendência de soluto se mover da fase gasosa para a fase líquida, ou seja, absorção.
Resposta
O processo está ocorrendo como absorção.