Colunas de Absorção e Esgotamento

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Teoria

Introdução

Fala aiiii, tudo beleza?! Espero que sua resposta tenha sido sim hehehe.

Nós vimos lá atrás que temos dois tipos principais de colunas, a coluna de absorção/retificação/enriquecimento, tanto faz o nome que você vai usar, e a coluna de esgotamento, certo?

Em cada uma dessas colunas nós vamos ter pelo menos três componentes: soluto, diluente e solvente seletivo. O soluto é o componente a ser separado enquanto, o diluente é o solvente que vai carregar o soluto e o solvente seletivo a gente vai utilizar para promover a separação do soluto. Então o solvente seletivo vai ter uma grande relação de solubilidade com o soluto enquanto em relação com o diluente, vai ser inerte.

Agora que já vimos os componentes básicos das duas colunas vamos analisar cada uma mais de pertinho.

Coluna de absorção

Nesse tipo de coluna nós não vamos ter a seção de esgotamento. Ela vai ter, unicamente, a seção de absorção ou enriquecimento e nela a adição de energia é feita pela própria alimentação, que vai estar no estado vapor e será introduzida pelo fundo da coluna. Então, o desenho esquemático dela vai ficar o seguinte:

Na absorção, o soluto está no gás e é extraído por um líquido. Então,

y 1 < y n + 1

A gente já viu como é a cara da reta de operação para uma coluna genérica. Agora, vamos ter que para uma coluna de absorção a nossa reta de operação vai passar pelo ponto ( x o , y 1 ) e vai ter o seguinte modelo:

y n + 1 = x j L j V j + y 1 - x o L j V j

Graficamente fica assim:

Então em azul, nós vamos ter a curva de equilíbrio e em laranja vai ser a nossa reta de operação que passa pelo ponto ( x o , y 1 ) , beleza? Repara que a reta de operação fica acima da curva de equilíbrio ( y > y e q ) . Além disso, o topo fica representado pela parte de baixo da reta enquanto o fundo está na parte de cima.

Vamos ver como ficaria a nossa segunda coluna então?

Coluna de esgotamento

Assim como nós temos a coluna apenas com a seção de absorção, aqui nós temos a coluna somente com a seção de esgotamento, beleza? Aqui, nós vamos ter o contrário da coluna de absorção, ou seja, a carga vai entrar por cima, ser líquida e será removida por um gás. O desenho da nossa coluna de esgotamento vai ser o seguinte:

Na coluna de esgotamento, o soluto está no líquido e será removido por um gás. Então,

y 1 > y n + 1

A como temos uma reta de operação para a coluna de absorção, vamos ter para a coluna de esgotamento. Essa nossa reta de operação vai passar pelo ponto ( x n , y n + 1 ) e vai ter o seguinte modelo:

y n + 1 = x j L j V j + y 1 - x o L j V j

Ou seja, a reta é a mesma, o que muda são os pontos por qual a reta passa e seu gráfico:

Nós ainda temos a curva de equilíbrio, em azul, mas ao invés da reta de operação, em laranja, estar em cima da curva, ela agora está abaixo da curva. Agora, o fundo da coluna está representado pela parte de baixo da reta onde passa o ponto ( x n , y n + 1 ) , e na parte de cima, temos o topo, representado pelo ponto x o , y 1 .   Nesse caso, como a reta de operação está abaixo da curva de equilíbrio, temos que ( y < y e q ) .

Agora que já vimos tudo, partiu exercitar? 😉

Coluna de absorção

Coluna de esgotamento

Exercícios Resolvidos

Exercício Resolvido #1

Determine quais são os principais componentes de uma coluna de absorção ou de esgotamento. Fale um pouco sobre cada um destes componentes.

Passo 1

Faaaala aí, tudo certinho? Para começar nossa seção de exercícios, aqui nós temos que relembrar sobre as colunas de absorção e esgotamento. Começando pela de absorção:

Aqui nós temos uma carga/alimentação entrando por baixo, um solvente entrando na lateral e na saída temos uma corrente de produto “pobre” gasoso e uma corrente de produto líquido.

Passo 2

Já a coluna de esgotamento tem a seguinte aparência:

Aqui nós temos que a carga/alimentação é dado por cima, entrando na coluna junto com o solvente. E na saída temos, mais uma vez, uma corrente de produto “pobre” gasoso e uma corrente de produto líquido.

Nessas duas colunas, temos como principais componentes o soluto, o diluente e o solvente seletivo. Agora vamos falar um pouco mais sobre cada um 😉

Passo 3

O soluto é o componente a ser separado enquanto, o diluente é o solvente que vai carregar o soluto e o solvente seletivo a gente vai utilizar para promover a separação do soluto.

Então o solvente seletivo vai ter uma grande relação de solubilidade com o soluto enquanto em relação com o diluente, vai ser inerte.

Resposta

Os componentes são: soluto, diluente e solvente seletivo. O soluto é o componente a ser separado enquanto, o diluente é o solvente que vai carregar o soluto e o solvente seletivo a gente vai utilizar para promover a separação do soluto. Então o solvente seletivo vai ter uma grande relação de solubilidade com o soluto enquanto em relação com o diluente, vai ser inerte.

Exercício Resolvido #2

Qual é a principal diferença da coluna de absorção para uma coluna de destilação padrão?

Passo 1

Oi oii, tudo tranquilo? Aqui nós vamos começar lembrando da carinha da nossa coluna de destilação.

Basicamente é uma coluna com a alimentação no meio, um refervedor com uma corrente de saída de produto no fundo e um condensador com uma corrente de saída no topo. Na qual a parte do topo nós vamos chamar de absorção e a parte do fundo de esgotamento. Show?

Passo 2

Poréeeem, a estrela aqui é a coluna de absorção. Nesse tipo de coluna nós não vamos ter a seção de esgotamento.

Ela vai ter, unicamente, a seção de absorção ou enriquecimento e nela a adição de energia é feita pela própria alimentação, que vai estar no estado vapor e será introduzida pelo fundo da coluna. Ou seja, vamos ter:

Resposta

A principal diferença é que nesta coluna nós não vamos ter a seção de esgotamento. Ou seja, temos apenas o condensador.

Exercício Resolvido #3

Qual é a principal diferença da coluna de esgotamento para uma coluna de destilação padrão?

Passo 1

Heyy, bora revisar nossa típica e classicona coluna de destilação?

Basicamente é uma coluna com a alimentação no meio, um refervedor com uma corrente de saída de produto no fundo e um condensador com uma corrente de saída no topo. Onde a parte do topo nós vamos chamar de absorção e a parte do fundo de esgotamento. 😉

Passo 2

Assim como nós temos a coluna apenas com a seção de absorção, aqui nós temos a coluna somente com a seção de esgotamento.

Aqui, nós vamos ter o contrário da coluna de absorção, ou seja, a carga vai entrar por cima, ser líquida e será removida por um gás. O desenho da nossa coluna de esgotamento vai ser o seguinte:

Resposta

A principal diferença é que nesta coluna nós não vamos ter a seção de absorção. Ou seja, temos apenas o refervedor.

Exercício Resolvido #4

Cite duas diferenças entre as colunas de absorção e esgotamento.

Passo 1

Oieee, só pra lembrar, nós temos que a coluna de absorção e esgotamento são respectivamente:

Passo 2

Logo de cara já podemos ver que uma das diferenças é que a coluna de absorção não tem refervedor enquanto a coluna de esgotamento não tem condensador, certo?

E a outra diferença é que na coluna de absorção, o soluto está no gás e é extraído por um líquido. Então,

y 1 < y n + 1

Já na coluna de esgotamento, o soluto está no líquido e será removido por um gás. Então,

y 1 > y n + 1

Lembrando que esse índice é o número do prato na coluna. 😉

Resposta

A coluna de absorção não tem refervedor enquanto a coluna de esgotamento não tem condensador. Além disso, na coluna de absorção, o soluto está no gás e é extraído por um líquido e na de esgotamento, o soluto está no líquido e será removido por um gás.

Exercício Resolvido #5

Admitindo-se que apenas o composto A seja absorvido de uma mistura com gases inertes e que o absorvente líquido seja inerte, não se transferindo para a fase gasosa, pode-se obter o gráfico abaixo.

Com base nessas informações, julgue as assertivas abaixo:

  1. O composto A será absorvido com maior facilidade utilizando a reta de operação MN.
  2. O ponto K, na reta de operação KL, representa o fundo da torre de absorção.
  3. Se calculada, a altura útil da torre de absorção será maior, se forem utilizados os dados da reta de operação MN.
  4. A razão molar Y A pode ser expressa por: quantidade de moles de A na fase gasosa dividido pela quantidade de moles do gás total.
  5. A razão molar X A pode ser expressa por: quantidade de moles de A na fase líquida dividido pela quantidade de moles do líquido inerte.

Passo 1

Faaala ai! Nessa questão nós vamos basicamente dizer quais alternativas são verdadeiras e quais são falsas a partir do gráfico, beleza?

Então vamos lá!

Passo 2

Olhando para a primeira,

  1. O composto A será absorvido com maior facilidade utilizando a reta de operação MN. (Certo)
  2. É de fato verdadeira, pois quanto mais afastada a nossa reta de operação estiver da linha de equilíbrio, mas facilmente será dada a absorção do gás.

    Já para segunda afirmação temos,

  3. O ponto K, na reta de operação KL, representa o fundo da torre de absorção. (Errado)
  4. O que está errado, pois para coluna de absorção o ponto K representa o topo e o L o fundo da coluna.

    Passo 3

    Seguindo agora para terceira afirmativa temos,

  5. Se calculada, a altura útil da torre de absorção será maior, se forem utilizados os dados da reta de operação MN. (Errado)
  6. A reta MN terá uma maior facilidade de absorção, porém isso não é possível afirmar a altura da coluna apenas com as razões molares de A.

  7. A razão molar Y A pode ser expressa por: quantidade de moles de A na fase gasosa dividido pela quantidade de moles do gás total. (Errado)
  8. A razão molar Y A pode ser expressa por: quantidade de moles de A na fase gasosa dividido pela quantidade de moles do gás inerte.

  9. A razão molar X A pode ser expressa por: quantidade de moles de A na fase líquida dividido pela quantidade de moles do líquido inerte. (Certo)

Para fechar com chave de ouro, essa afirmação está correta.

Resposta

  1. Certo.
  2. Errado.
  3. Errado.
  4. Errado.
  5. Certo.

Exercício Resolvido #6

Existem alguns processos industriais que utilizam apenas colunas de absorção ou apenas colunas de esgotamento. Geralmente, tais colunas não possuem estágios de troca térmica, e a sua operação está associada a mecanismos de transferência de massa gás-líquido. Uma das maneiras práticas de se avaliar o potencial de absorção é a análise das curvas de solubilidade. O gráfico a seguir mostra as curvas de solubilidade de equilíbrio de amônia em água, para dois valores de temperatura, em função da pressão parcial de equilíbrio.

De acordo com a análise do gráfico, conclui-se que os processos de absorção são favorecidos pelo(a)

(A) aumento da temperatura e pelo aumento da pressão parcial do gás

(B) aumento da temperatura e pela redução da pressão parcial do gás

(C) redução da temperatura e pelo aumento da pressão parcial do gás

(D) redução da temperatura e pela redução da pressão parcial do gás

(E) manutenção da temperatura e da pressão parcial de gás em valores constantes

Passo 1

Heyy, nessa questão nós vamos analisar com quais mudanças os processos de absorção são favorecidos, onde temos opções como aumento e redução de temperatura e pressão parcial do gás.

Passo 2

Olhando para o gráfico, vemos que com T 1 = 10 ° C nós temos como máxima fração molar,

x N H 3 = 0,20

Enquanto para T 2 = 30 ° C ,

x N H 3 ≈ 0 , 18

Sendo assim, a redução da temperatura contribui para a absorção, pois na menor temperatura temos mais presença da amônia.

Passo 3

Além disso, vemos que em ambas as curvas a fração molar cresce conforme a pressão parcial aumenta.

Logo, os processos de absorção são favorecidos redução da temperatura e pelo aumento da pressão parcial do gás. Letra c.

Resposta

(C) redução da temperatura e pelo aumento da pressão parcial do gás

Exercício Resolvido #7

Explique o gráfico de operação da coluna de absorção:

Passo 1

Heyy, bora entender esse gráfico juntos? Logo de cara já vemos que a composição do topo (representado pela parte de baixo da reta) é menor e vai aumentando linearmente conforme vamos descendo para o fundo da coluna (parte superior da reta).

Passo 2

Agora falando sobre as diferentes retas, temos em azul a curva de equilíbrio. Em laranja já vai ser a nossa reta de operação que passa pelo ponto ( x o , y 1 ) . Lembrando que a reta de operação se dá por,

y n + 1 = x j L j V j + y 1 - x o L j V j

Onde essa reta fica acima da curva de equilíbrio, ou seja,

( y > y e q )

Resposta

Em azul, temos a curva de equilíbrio e em laranja vai ser a nossa reta de operação que passa pelo ponto x o , y 1 . A reta de operação fica acima da curva de equilíbrio ( y > y e q ) . Além disso, o topo fica representado pela parte de baixo da reta enquanto o fundo está na parte de cima.

Exercício Resolvido #8

Explique o gráfico de operação da coluna de esgotamento:

Passo 1

Fala aíi, tudo suave na nave? Nós percebemos com o gráfico que a composição do fundo (representado pela parte de baixo da reta) é menor e vai aumentando linearmente conforme vamos subindo para o topo da coluna (parte superior da reta).

Para efeito de comparação, é o contrário da coluna de absorção:

Passo 2

Agora falando sobre as diferentes retas, temos em azul a curva de equilíbrio. Em laranja já vai ser a nossa reta de operação, que está abaixo da curva de equilíbrio e passa pelo ponto x n , y n + 1 e na parte de cima, temos o topo, representado pelo ponto x o , y 1 .  

Lembrando que a reta de operação se dá por,

y n + 1 = x j L j V j + y 1 - x o L j V j

Nesse caso, como a reta de operação está abaixo da curva de equilíbrio, temos que

( y < y e q )

Show? 😊

Resposta

Nós temos a curva de equilíbrio em azul e a reta de operação em laranja, abaixo da curva. O fundo da coluna está representado pela parte de baixo da reta onde passa o ponto ( x n , y n + 1 ) , e na parte de cima, temos o topo, representado pelo ponto x o , y 1 .   Nesse caso, como a reta de operação está abaixo da curva de equilíbrio, temos que ( y < y e q ) .