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 0,6 m de diâmetro, preenchida com anéis Hy-Pak de 1 in . Você espera que o valor de H G seja elevado e o coeficiente de transferência de massa na fase líquida seja 2,2 times 10^-3 cm s^-1. A vazão de água deve ser 300 cm^3 s^-1. Quanto oxigênio você removerá com esta torre?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos uma torre de 2 metros de altura e 0,6 metros de diâmetro, preenchida com anéis Hy-Pak de perfil de 1 polegada. O objetivo é remover oxigênio da água usando nitrogênio em excesso. Sabemos que o coeficiente de transferência de massa na fase líquida é e a vazão de água é . Precisamos descobrir quanto oxigênio será removido com essa torre. Para resolver isso, vamos utilizar conceitos de transferência de massa em sistemas de contato gasoso-líquido.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a área de superfície disponível para a transferência de massa na torre. Para isso, precisamos saber o volume de água que passa pela torre e como essa água está em contato com a superfície dos anéis Hy-Pak.
Sabemos que a vazão de água As = A times HGV é . Para achar a área superficial , podemos usar a relação:
Onde é a altura específica da interface gasosa e é o volume de empacotamento.
No entanto, como é alto e não temos um valor específico, vamos assumir que a área superficial fornecida pelos anéis Hy-Pak é suficiente para saturar a transferência de massa.

Passo 3

Agora, vamos utilizar a fórmula da transferência de massa para calcular a quantidade de oxigênio removido:
Quantidade removida = kL times As times De
Onde:
  • é o coeficiente de transferência de massa ( ),
  • é a área superficial total,
  • é a diferença de concentração de oxigênio entre a fase líquida e a fase gasosa,
  • é o tempo.
Como não temos informações sobre o tempo ou a diferença de concentração, vamos considerar a capacidade de remoção por unidade de tempo.

Passo 4

Considerando que a torre está operando em estado estacionário, a taxa de remoção de oxigênio será:
Taxa de remoção = kL times As times Deçã
Para encontrar Atorre = pi times d times h , precisamos calcular o total de superfície dos anéis Hy-Pak dentro da torre. A área interna da torre é dada por:
Atorre = pi times 60 , cm times 200 , cm = 37,699 , cm^2
Onde As = 10 times 37,699 , cm^2 = 376,990 , cm^2 e .
Assumindo que os anéis Hy-Pak aumentam significativamente a área superficial, podemos estimar como um múltiplo de . Por exemplo, se os anéis aumentam a área 10 vezes:

Resposta

Com esses valores, a taxa de remoção de oxigênio será:
Taxa de remoção = 2,2 times 10^-3 , cm/s times 376,990 , cm^2 times Deçã
Simplificando, sem o valor de Taxa de remoção approx 830,178 times De, a quantidade de oxigênio removido por segundo é aproximadamente:
çã
Portanto, a quantidade de oxigênio removido dependerá da diferença de concentração entre a água e o nitrogênio na torre.

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