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.
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.”
“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
. - No gás, a fração molar da acetona é ).
- No líquido (água), a fração molar da acetona é ).
- A pressão total do gás é ).
- A linha de equilíbrio relaciona
) e
) quando a fase gasosa e a fase líquida estão em equilíbrio para a espécie
.
Para muitos sistemas diluídos de um soluto volátil em solvente, podemos usar a Lei de Henry na forma:
onde
-
) é a pressão parcial de
na fase gasosa, - ) é a constante de Henry (que depende de temperatura e da substância),
-
) é a fração molar de
na fase líquida.
Como
), combinando obtemos a forma usada no diagrama
–
:
Explicação: essa é justamente a equação da linha de equilíbrio no diagrama
. O coeficiente
) 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
) e, ao contato com o líquido, tende a um
que é igual ao valor de equilíbrio correspondente ao 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
, maior será a taxa de absorção. - Se a linha de equilíbrio sobe (ficar mais inclinada, ou seja,
) maior), então, para um mesmo
o de equilíbrio é maior — isso significa menor força motriz e, portanto, menos absorção. - Por outro lado, se a linha de equilíbrio desce (menor
)), para o mesmo
o 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
–
, i.e., que
) seja pequeno (ou, equivalentemente, que a relação
em equilíbrio seja pequena).
Passo 4
Efeito da temperatura sobre
) e, portanto, sobre a linha de equilíbrio — por que aquecer não ajuda.
- A constante de Henry ) depende fortemente da temperatura. Uma relação útil (análogo a van ’t Hoff) é
onde
) é a entalpia associada ao processo de transferência para a fase líquida e
a constante dos gases. O sinal de
) determina como
varia com
.
- 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
) com
(ou seja, ) 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
para um dado . - Consequência direta na equação
): se
) aumenta com
, então a inclinação ) 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 ), 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 ), 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:
. - Aquecer geralmente aumenta
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
), subir a linha de equilíbrio
) 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).