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?
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
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:
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:
Para encontrar
, precisamos calcular o total de superfície dos anéis Hy-Pak dentro da torre. A área interna da torre é dada por:
Onde
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:
Simplificando, sem o valor de
, a quantidade de oxigênio removido por segundo é aproximadamente:
Portanto, a quantidade de oxigênio removido dependerá da diferença de concentração
entre a água e o nitrogênio na torre.