• Condições de operação, 35^circ C e 1 atm;
  • Vazão molar de CO2 na alimentação da coluna, 90 kg mol/h;
  • Consumo de água, 30% maior que o mínimo;
  • Velocidade do gás na coluna, 85 % da velocidade de inundação;
  • Recheio, anéis Pall, # 2 (plástico);
  • Relação de equilíbrio, Y=1,15 times(35^circ C);
  • Coeficiente de transferência de massa, HO G=2,0+0,9 mGMLM,ft,
    onde m=1,15 e GM e LM são as velocidades molares de solvente das fases gasosa e liquida.

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
Y^* ;=; m,X com;m=1,15
e o coeficiente global de transferência de massa no gás é
HOG ;=; 2,0 ;+; 0,9,m,GMLM
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:
  • 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, (LG)min =yin - youtm,yout .
Teoria: para absorção, o mínimo L/G (molar) é dado por
Lmin = G ,times l(L/Gr)min,
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

Passo 3

Ajuste da vazão real de solvente, L = 1,3,Lmin, .
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 U = 0,85,Uflood em função de propriedades do gás (densidade, viscosidade) e do enchimento.
– Pela correlação, acha-se ;
– então a velocidade de projeto é

Passo 5

Cálculo do diâmetro da coluna.
Teoria: a velocidade superficial de gás U = Gmolarrhog ,A Longrightarrow A = Gmolarrhog ,U,, é
D = raiz4Api,
onde é a vazão molar total de gás (kmol/h), convertida para massa por .
– Calcula-se (m²) e o diâmetro

Passo 6

Coeficiente global de transferência de massa no gás, HOG = 2,0 + 0,9,m,GMLM l[unidade: kmol/(m²·h·bar)?r] .
Teoria: combina resistência do filme de gás e do filme líquido. Aqui já foi dado como função de e :
²
– Você coloca , calcula e ;
– obtém .

Passo 7

Número de unidades de transferência, NTU.
Teoria:
NTU ;=;integralYout^YindYY - Y^*(X),,
onde e relaciona com pela estequiometria da fase líquida.
– Se for absorção linear, dá para usar fórmula fechada;
– encontra NTU.

Passo 8

Altura de unidade de transferência, HTU.
Teoria:
HTU = GMHOG,

Passo 9

Altura total do enchimento.
É simplesmente
H = HTU;times;NTU,

Resposta

Altura do enchimento:
boxedH = HTUtimesNTU
Diâmetro da coluna:
boxedD = raiz4pi,Gmolarrhog,0,85,Uflood
Essas duas expressões, com os valores numéricos de , , correlação de e dados de propriedades termofísicas, dão o projeto final.

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