Como colaborador de uma empresa de projetos, você foi chamado/a para avaliar a emissão de efluente gasoso. A empresa tem como subproduto uma corrente gasosa que contém vapor de acetona. Esse gás é tratado em uma coluna de recheio, o que resulta em uma solução aquosa de acetona e uma corrente gasosa. Em razão da política de redução de emissão de poluentes, o teor de acetona no gás deve ser reduzido, pelo menos, à metade.
Analise as afirmativas abaixo se estão corretas, e se incorretas explique o porquê e corrija.
Uma alternativa possível para reduzir o teor de acetona no gás consiste em aquecer levemente a água de lavagem, o que modifica a linha de equilíbrio em favor de absorção.

Passo 1

O enunciado pede que eu analise se a afirmativa abaixo está correta; se estiver errada, devo explicar o porquê e corrigi‑la.
Afirmativa a ser analisada:
“Aquecer levemente a água de lavagem modifica a linha de equilíbrio em favor de absorção.”
Informações relevantes dadas no enunciado:
  • Há uma corrente gasosa contendo vapor de acetona.
  • O gás é tratado em uma coluna de recheio com água como solvente (absorção física).
  • Objetivo prático: reduzir o teor de acetona no gás (pelo menos à metade).
  • A proposta é aquecer ligeiramente a água de lavagem como forma de melhorar a absorção.

Passo 2

Vamos definir claramente as variáveis e o que é a “linha de equilíbrio” numa absorção físico‑química simples.
  • Denoto a espécie acetona por A.
  • No gás, a fração molar da acetona é \(y_A).
  • No líquido (água), a fração molar da acetona é \(x_A).
  • A pressão total do gás é \(P).
  • A linha de equilíbrio relaciona \(y_A) e \(x_A) quando a fase gasosa e a fase líquida estão em equilíbrio para a espécie A.
Para muitos sistemas diluídos de um soluto volátil em solvente, podemos usar a Lei de Henry na forma:
p_A = H\,x_A,
onde
  • \(p_A) é a pressão parcial de A na fase gasosa,
  • \(H) é a constante de Henry (que depende de temperatura e da substância),
  • \(x_A) é a fração molar de A na fase líquida.
Como \(p_A = y_A P), combinando obtemos a forma usada no diagrama y x:
y_A = \frac{H}{P}\,x_A.
Explicação: essa é justamente a equação da linha de equilíbrio no diagrama (x_A, y_A). O coeficiente \(H/P) dá a inclinação (a “posição”) dessa linha.

Passo 3

Interpretação física da linha de equilíbrio e do que “favorecer absorção” significa.
  • Num ponto operacional, o gás que entra tem certa \(y_{A,\text{in}}) e, ao contato com o líquido, tende a um y_A que é igual ao valor de equilíbrio correspondente ao x_A local.
  • A força motriz para transferência é a diferença entre a concentração real no gás e a concentração de equilíbrio correspondente ao líquido: a maior for (y_{\text{real}}-y_{\text{eq}}), maior será a taxa de absorção.
  • Se a linha de equilíbrio sobe (ficar mais inclinada, ou seja, \(H/P) maior), então, para um mesmo x_A o y_A de equilíbrio é maior — isso significa menor força motriz e, portanto, menos absorção.
  • Por outro lado, se a linha de equilíbrio desce (menor \(H/P)), para o mesmo x_A o y_A de equilíbrio é menor — maior força motriz e melhor absorção.
Resumo: para favorecer absorção física, precisamos que a linha de equilíbrio esteja “mais baixa” no diagrama y x, i.e., que \(H) seja pequeno (ou, equivalentemente, que a relação y/x em equilíbrio seja pequena).

Passo 4

Efeito da temperatura sobre \(H) e, portanto, sobre a linha de equilíbrio — por que aquecer não ajuda.
  • A constante de Henry \(H) depende fortemente da temperatura. Uma relação útil (análogo a van ’t Hoff) é
\ln H = -\frac{\Delta H_{\text{sol}}}{R}\frac{1}{T} + C,
onde \(\Delta H_{\text{sol}}) é a entalpia associada ao processo de transferência para a fase líquida e R a constante dos gases. O sinal de \(\Delta H_{\text{sol}}) determina como H varia com T.
  • Para vapores orgânicos voláteis como a acetona, o efeito dominante ao aumentar a temperatura é aumentar a tendência da acetona de permanecer na fase gasosa — na prática isso aparece como um aumento de \(H) com T (ou seja, \(H) cresce quando a temperatura sobe).
  • Física simples: aumentar a temperatura eleva a pressão de vapor efetiva do soluto (mais volatilidade), reduzindo a “solubilidade” relativa na água para a mesma concentração líquida; portanto, o equilíbrio se desloca no sentido de maior y_A para um dado x_A.
  • Consequência direta na equação \(y_A = \frac{H}{P} x_A): se \(H) aumenta com T, então a inclinação \(H/P) aumenta e a linha de equilíbrio sobe — isto é prejudicial para absorção.
Em palavras simples: aquecer o líquido normalmente diminui a capacidade do líquido de reter o vapor (para compostos voláteis), tornando a absorção pior, não melhor.

Passo 5

Aplicando ao caso prático (acetona + água) e respondendo à afirmativa.
  • A afirmativa “aumentar levemente a temperatura da água modifica a linha de equilíbrio em favor de absorção” afirma que aquecer melhora absorção. Pela análise anterior, isso é, em geral, o oposto do que acontece para vapores voláteis como acetona: aquecimento tende a elevar \(H), subir a linha de equilíbrio e reduzir a força motriz de absorção.
  • Portanto, a afirmativa está incorreta.
Correção prática: para aumentar a eficiência da absorção física de acetona em água normalmente deve‑se:
  • resfriar a água de lavagem (reduz \(H), abaixa a linha de equilíbrio e aumenta a força motriz), ou
  • aumentar a vazão de líquido (maior capacidade de remoção), ou
  • usar um solvente com maior afinidade pela acetona (linha de equilíbrio mais favorável), ou
  • usar absorção química (reação no líquido) se aplicável, ou
  • aumentar a altura/eficiência da coluna (mais contato, mais estágios equivalentes).
Comentário prático final: aquecer a água é uma estratégia usada quando se quer regenerar o solvente (desabsorver acetona do líquido) em etapas de recuperação — ou seja, aquecimento é útil na destilação/desorção, não na etapa de absorção.

Passo 6

Resumo didático curtinho para lembrar na prova:
  • Linha de equilíbrio: \;y_A = \dfrac{H}{P}x_A\;.
  • Aquecer geralmente aumenta \;H\; para vapores voláteis → linha sobe → absorção piora.
  • Melhor ação para favorecer absorção física: resfriar o líquido ou mudar outras condições de operação (vazões, solvente, equipamento).

Resposta

Incorreta — aquecer a água tende a aumentar a constante de Henry \(H), subir a linha de equilíbrio \(y_A=\dfrac{H}{P}x_A) e, portanto, reduzir a absorção. A correção: para favorecer absorção física de acetona em água deve‑se, em geral, resfriar a água (ou aumentar a vazão de líquido, usar solvente mais apto ou usar absorção química).

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