Resolução direta sem reação química
Absorção: Uma torre de absorção deverá ser dimensionada para absorver 95 % da acetona presente em uma mistura gasosa cuja composição molar é
de ar e
de acetona. A acetona será absorvida por contato em contracorrente com água pura, gerando uma solução aquosa com vazão mássica de
, contendo
em massa de acetona. Calcule a vazão molar da mistura gasosa a ser alimentada na torre e a composição do gás efluente da torre.
Absorção: Uma torre de absorção deverá ser dimensionada para absorver 95 % da acetona presente em uma mistura gasosa cuja composição molar é
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre absorção em uma torre de absorção. A gente precisa descobrir duas coisas: a vazão molar da mistura gasosa que vai entrar na torre e a composição do gás que sai da torre depois da absorção. Para isso, vamos usar conceitos de balanço de massa e entender como funciona a absorção, que é quando um componente (neste caso, a acetona) é retirado de uma mistura gasosa por um líquido absorvente (água).
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
- Composição molar da mistura gasosa de entrada: 80% de ar e 20% de acetona.
- Eficiência de absorção da torre: 95% da acetona é removida.
- Vazão mássica da solução aquosa que sai da torre: 100 kg/h.
- Concentração de acetona na solução aquosa: 10% em massa.
Para facilitar, vamos assumir que a mistura gasosa se comporta idealmente e que as massas molares do ar e da acetona são conhecidas.
Passo 3
Vamos começar calculando a quantidade de acetona que foi absorvida pela água. Sabemos que a solução aquosa tem uma vazão de 100 kg/h e que 10% dessa massa é acetona. Então:
Essa é a quantidade de acetona que foi absorvida. Como a eficiência de absorção é 95%, isso significa que esses 10 kg/h correspondem a 95% da acetona presente na mistura gasosa de entrada.
Passo 4
Agora, vamos descobrir quanto de acetona estava na mistura gasosa inicialmente. Se 10 kg/h são 95%, então 100% da acetona na entrada é:
Isso significa que a mistura gasosa que entra na torre tem aproximadamente 10,526 kg/h de acetona.
Passo 5
Vamos calcular a vazão molar da mistura gasosa. Para isso, precisamos das massas molares:
- Massa molar da acetona (C₃H₆O): aproximadamente 58,08 g/mol.
- Massa molar do ar: vamos considerar 28,97 g/mol.
Primeiro, convertemos as massas para mols:
Mas para encontrar a vazão total, precisamos considerar que a mistura é 80% ar e 20% acetona em molaridade. Então:
Passo 6
Agora, vamos encontrar a composição do gás que sai da torre. Sabemos que 95% da acetona foi removida, então resta 5% da acetona:
Como a quantidade de ar não muda (assumimos que o ar não é absorvido), temos:
Então, a composição molar do gás efluente é:
Resposta
A vazão molar da mistura gasosa alimentada na torre é aproximadamente 906 mol/h, e a composição do gás efluente da torre é 97,4% de ar e 2,6% de acetona.