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.
Para reduzir a concentração de acetona no gás de saída, basta utilizar como solvente água contendo um pequeno percentual de acetona.
Para reduzir a concentração de acetona no gás de saída, basta utilizar como solvente água contendo um pequeno percentual de acetona.
Passo 1
O enunciado pede que eu analise a afirmativa e diga se ela está correta; se estiver incorreta, devo explicar o porquê e apresentar a correção. Dados relevantes do enunciado:
- Há uma corrente gasosa contendo vapor de acetona que é tratada numa coluna de recheio (absorção gasosa).
- A saída da coluna é uma solução aquosa com acetona (liquido rico) e uma corrente de gás com acetona remanescente.
- A política exige reduzir o teor de acetona no gás de saída para, pelo menos, metade do valor original.
- A afirmativa a analisar: “Para reduzir a concentração de acetona no gás de saída, basta utilizar como solvente água contendo um pequeno percentual de acetona.”
Passo 2
Conceito fundamental (equilíbrio gas‑líquido): quando uma bolha de gás contendo acetona está em contato com o líquido, existe uma relação de equilíbrio entre a pressão parcial de acetona no gás e a concentração de acetona no líquido. Uma forma simples dessa relação (Lei de Henry, para soluções diluídas) é
onde:
-
é a pressão parcial da acetona na fase gasosa (unidades de pressão), -
é a constante de Henry (unidade tal que o quociente dá concentração), -
é a concentração de acetona na fase líquida que estaria em equilíbrio com .
Explicação em palavras:é a concentração que o líquido teria se estivesse em equilíbrio com o gás. Se o líquido já tem concentração igual a , não há tendência líquida da acetona passar do gás para o líquido.
Passo 3
Conceito de transferência de massa (fluxo): o fluxo de acetona do gás para o líquido é proporcional à diferença entre a concentração de equilíbrio e a concentração real no líquido. Uma expressão comumente usada é
onde:
-
é o fluxo molar de acetona por área de interfacial (mol·m{-2}·s{-1}), -
é o coeficiente de transferência de massa no filme líquido (m·s^{-1}), -
é a área de interface por volume de recheio (m2·m{-3}), -
é a concentração de acetona no líquido na fase efetiva de contato.
Interpretação didática: o termoé a “força motriz” da transferência. Quanto maior essa diferença, maior a taxa com que acetona deixa o gás e entra no líquido.
Passo 4
Aplicando ao caso prático: se eu usar água que já contém um pequeno percentual de acetona, então o valor de
inicial não é zero:
. Isso reduz diretamente a força motriz:
Exemplo numérico simples (para intuir): suponha que, para a pressão parcial do gás,
(unidade arbitrária). Se eu usar água pura,
e a força motriz é
. Se eu usar água com
, a força motriz passa a
: ocorreu uma redução de
na força motriz e, então, na taxa de remoção (tudo o mais igual). Se
ficar próximo de
, a remoção praticamente cessa e pode até ocorrer o inverso (o líquido liberar acetona para o gás).
Passo 5
Consequência prática e por que a afirmativa está errada: a frase “basta utilizar como solvente água contendo um pequeno percentual de acetona” assume que um pouco de acetona no líquido não atrapalha a absorção. Isso é falso porque:
- reduzir o gradiente
reduz a taxa de absorção; portanto, um solvente já saturado parcial com acetona tem menor capacidade de “capturar” acetona do gás; - usar líquido já contendo acetona pode exigir maior altura de recheio, maior razão líquido/gás (
) ou melhores coeficientes de transferência para alcançar a mesma remoção, o que pode tornar o processo insuficiente ou ineficiente; - em casos extremos, se
, o líquido pode liberar acetona para o gás (stripping), piorando a emissão.
Logo, a afirmativa é incorreta: não “basta” usar água já contendo acetona — isso geralmente torna a remoção mais difícil.
Passo 6
O que fazer corretamente (correção e recomendações): para reduzir a concentração de acetona no gás em pelo menos metade, as medidas típicas e corretas são:
- usar solvente “lean” (praticamente sem acetona) na alimentação da coluna — por exemplo, água fresca sem acetona — para maximizar
; - operar com razão líquido/gás (
) adequada: aumentar (mais fluxo de solvente limpo) aumenta a capacidade de captura por unidade de gás; - projetar a coluna com área de contato e altura de recheio suficientes (mais
e mais etapas/altura aumentam a remoção); - melhorar coeficientes de transferência (melhor recheio, condições de escoamento turbulento controlado);
- reduzir a temperatura do sistema quando possível (em muitos casos diminui volatilidade e aumenta solubilidade);
- considerar alternativas se absorção aquosa sozinha não bastar: adsorção em carvão ativado, condensação/recuperação por resfriamento, lavagem seguida de regeneração do solvente (ciclo lean–rich).
Em resumo: para atingir a meta não se usa solvente já carregado com acetona; usa-se solvente “limpo” e/ou se empregam ajustes de projeto e operação.
Passo 7
Comentário final e encorajamento: eu sei que a frase parecia uma solução simples e lógica à primeira vista, mas na prática o processo de absorção depende da força motriz entre fases; por isso limpar o solvente ou garantir um circuito com regeneração é a estratégia correta. Se quiser, eu faço um pequeno cálculo de balanço simples (por exemplo, balanço de massa em um estágio ou número de unidades de transferência) para estimar quanto L/G ou quantas etapas seriam necessárias para cortar o teor de acetona no gás pela metade — me diga se quer esse cálculo passo a passo.
Resposta
Incorreta. Correção: Não, não basta usar água contendo um pequeno percentual de acetona — isso reduz a força motriz
e piora a absorção. Para reduzir a acetona no gás pela metade deve‑se usar solvente “lean” (água praticamente sem acetona) ou outro solvente com alta afinidade, aumentar
, melhorar o contato (mais área/altura de recheio), reduzir temperatura e/ou empregar processos complementares (adsorção, condensação, regeneração do solvente).