Uma torre de recheio utiliza uma amina orgânica para absorver
. O gás de entrada, que contém
mol de
, deve sair da torre com apenas
mol de
. A amina entra na torre pura. Se a amina saísse em equilíbrio com o gás de entrada (o que não acontece), ela conteria
. A vazão molar do gás é
, a vazão molar do líquido é
, o diâmetro da torre é 40 cm e o coeficiente global de transferência de massa é
. Qual deve ser a altura dessa torre?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo e o que precisamos para resolver. Temos uma torre de absorção que usa uma amina orgânica para capturar dióxido de carbono (
) de um gás. No gás de entrada, a concentração de
é de
em mol, e queremos que no gás que sai da torre essa concentração caia para apenas
em mol. A amina entra na torre pura, e se ela saísse em equilíbrio com o gás de entrada, teria
de
em mol. Sabemos também as vazões molares do gás e do líquido, o diâmetro da torre e o coeficiente global de transferência de massa (
). Nosso objetivo é descobrir qual deve ser a altura dessa torre.
Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de transferência de massa em torres de absorção, especialmente como o coeficiente de transferência influencia na altura necessária para alcançar a separação desejada.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as informações que temos:
- Concentração de
no gás de entrada ( ): mol - Concentração de
no gás de saída ( ): mol - Concentração de
na amina em equilíbrio ( ): mol - Vazão molar do gás (
): - Vazão molar do líquido (
): - Diâmetro da torre (
): - Coeficiente global de transferência de massa (
):
Agora, precisamos relacionar esses valores para encontrar a altura da torre.
Passo 3
Vamos usar a equação de transferência de massa em uma torre de absorção. A taxa de transferência de massa (
) pode ser calculada pela diferença na concentração de
no gás de entrada e saída, multiplicada pela vazão molar do gás:
Primeiro, convertendo as porcentagens para frações decimais:
Então,
Passo 4
Sabemos que a taxa de transferência de massa também pode ser expressa em termos do coeficiente de transferência de massa, da área de contato entre as fases e da diferença de concentração:
Onde:
-
é a área de contato -
é a diferença de concentração
Como estamos assumindo que a diferença de concentração é representada pela concentração de equilíbrio (
), podemos simplificar para:
Rearranjando para encontrar a área:
Substituindo os valores:
Calculando o denominador:
Então,
Passo 5
Agora que temos a área de contato (
), podemos relacioná-la com a altura da torre. A área de contato em uma torre cilíndrica é dada por:
Onde:
-
é o diâmetro da torre -
é a altura da torre
Rearranjando para encontrar a altura:
Substituindo os valores (lembre-se de que o diâmetro deve estar na mesma unidade da área; como a área está em
e o diâmetro em
, está tudo bem):
Resposta
A altura necessária da torre é de aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Estime o coeficiente de transferência de massa global pelo lado do líquido a
para o sistema oxigênio do ar em água. Nesta estimativa, assuma que cada coeficiente de transferência de massa é dado por
.
Dados: .
Dados:
Pretende-se absorver
de uma corrente de ar utilizando uma corrente de água numa coluna de recheio com uma área da seção transversal de 0,186 m² e que opera a 293 K e 1 atm. O ar na entrada da coluna contém 1,5% molar de
e na saída
molar. A vazão de ar é de
e o da água pura na entrada é de
. O coeficiente global de transferência de massa pelo lado do gás é
. A constante de Henry é igual a 34 . Calcule a altura da coluna.
Você está testando uma nova torre de recheio para retirar oxigênio da água utilizando nitrogênio em excesso. A oxigênio livre de água é utilizado na fabricação de microeletrónicas. A sua torre é pequena, com cerca de 2 m de altura e
de diâmetro, preenchida com anéis Hy-Pak de 1 in . Você espera que o valor de
seja elevado e o coeficiente de transferência de massa na fase líquida seja
.
vazão de água deve ser
. Quanto oxigênio você removerá com esta torre?
Conceitue o solo como sistema trifásico, heterogêneo e disperso.