- Condições de operação,
e 1 atm;
- Vazão molar de
na alimentação da coluna,
- Consumo de água, 30% maior que o mínimo;
- Velocidade do gás na coluna,
da velocidade de inundação;
- Recheio, anéis Pall, # 2 (plástico);
- Relação de equilíbrio,
;
- Coeficiente de transferência de massa,
,ft,
onde
e
e
são as velocidades molares de solvente das fases gasosa e liquida.
onde
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado diz que a gente quer projetar (dimensionar) uma coluna de absorção de CO₂ operando a 35 °C e 1 atm, com vazão molar de CO₂ de 90 kmol/h na alimentação. O consumo de água vai ser 30 % acima do mínimo, velocidade de gás na coluna é 85 % da de inundação, enchimento é anéis Pall #2 (plástico), a curva de equilíbrio é dada por
e o coeficiente global de transferência de massa no gás é
onde
e
são as velocidades molares (kmol/m²·h) de gás e líquido.
Conteúdo da matéria: projeto de coluna de absorção empacotada, envolvendo conceitos de vazão mínima de solvente, escolha de taxa L/G, velocidade de inundação, diâmetro de coluna, coeficientes de transferência, NTU e HTU.
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: projeto de coluna de absorção empacotada, envolvendo conceitos de vazão mínima de solvente, escolha de taxa L/G, velocidade de inundação, diâmetro de coluna, coeficientes de transferência, NTU e HTU.
O que vamos precisar:
- calcular
(vazão mínima); - ajustar para
; - obter
de correlação para Pall Rings #2; - fixar
e daí achar o diâmetro; - calcular
; - determinar NTU (número de unidades de transferência) da zona de absorção;
- achar HTU (altura de unidade de transferência);
- finalmente, achar a altura do enchimento.
Passo 2
Cálculo da vazão mínima de solvente,
.
Teoria: para absorção, o mínimo L/G (molar) é dado por
Teoria: para absorção, o mínimo L/G (molar) é dado por
onde
e
são as frações molares de CO₂ no gás de entrada e de saída desejada, e
é a inclinação da reta de equilíbrio.
– Supondo que seu problema dê e
, você calcula esse quociente;
– depois, como a vazão molar de CO₂ na alimentação é kmol/h e supondo composição total do gás, encontra
e daí
– Supondo que seu problema dê
– depois, como a vazão molar de CO₂ na alimentação é
Passo 3
Ajuste da vazão real de solvente,
.
Como o enunciado quer 30 % a mais que o mínimo:
Como o enunciado quer 30 % a mais que o mínimo:
Passo 4
Velocidade de inundação e velocidade real de gás.
Teoria: para um enchimento tipo Pall Rings #2 plástico, usa-se correlação experimental que dá em função de propriedades do gás (densidade, viscosidade) e do enchimento.
– Pela correlação, acha-se ;
– então a velocidade de projeto é
Teoria: para um enchimento tipo Pall Rings #2 plástico, usa-se correlação experimental que dá
– Pela correlação, acha-se
– então a velocidade de projeto é
Passo 5
Cálculo do diâmetro da coluna.
Teoria: a velocidade superficial de gás é
Teoria: a velocidade superficial de gás
onde
é a vazão molar total de gás (kmol/h), convertida para massa por
.
– Calcula-se (m²) e o diâmetro
– Calcula-se
Passo 6
Coeficiente global de transferência de massa no gás,
.
Teoria: combina resistência do filme de gás e do filme líquido. Aqui já foi dado como função de
e
:
Teoria:
– Você coloca
, calcula
e
;
– obtém .
– obtém
Passo 7
Número de unidades de transferência, NTU.
Teoria:
Teoria:
onde
e
relaciona com
pela estequiometria da fase líquida.
– Se for absorção linear, dá para usar fórmula fechada;
– encontra NTU.
– Se for absorção linear, dá para usar fórmula fechada;
– encontra NTU.
Passo 8
Altura de unidade de transferência, HTU.
Teoria:
Teoria:
Passo 9
Altura total do enchimento.
É simplesmente
É simplesmente
Resposta
Altura do enchimento:
Diâmetro da coluna:
Essas duas expressões, com os valores numéricos de
,
, correlação de
e dados de propriedades termofísicas, dão o projeto final.