Uma corrente gasosa contendo amônia ( 20 \% em massa de \mathrm{NH}_{3} ) com vazão de 12 \mathrm{~kg} / \mathrm{s} deve ser tratada em uma torre de absorção recheada com anéis de Pall de 25 mm , utilizando óleo mineral como solvente, com uma vazão de 42 \mathrm{~kg} / \mathrm{s}. Determine o ponto de inundação da coluna, as velocidades superficiais de escoamento das fases e o diâmetro da torre considerando um afastamento de 60% do ponto de inundação como critério de projeto.
Dados: \rho_{g}=1,15 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}, \rho_{L}=860 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}, \mu_{L}=0,012 Pa.s.

Passo 1

O enunciado trata de uma torre de absorção recheada com anéis de Pall de 25\\ \mathrm{mm}, onde se absorve \mathrm{NH}_3 de uma corrente gasosa usando óleo mineral como solvente. Precisamos avaliar o ponto de inundação (flooding) da coluna e, em seguida, projetar a coluna usando como critério uma velocidade superficial de escoamento igual a 60\% da velocidade de inundação. Vamos usar a correlação de Souders–Brown para escoamento em empacotamento aleatório:
v_{G,\text{flood}} = K \sqrt{\frac{\rho_L - \rho_G}{\rho_G}}
e então obter as velocidades superficiais das fases e o diâmetro do equipamento.

Passo 2

Calcular as vazões volumétricas das fases a partir das vazões mássicas e densidades:
Q_G = \frac{\dot m_G}{\rho_G} = \frac{12}{1{,}15} \approx 10{,}43\\ \mathrm{m^3/s}
Q_L = \frac{\dot m_L}{\rho_L} = \frac{42}{860} \approx 0{,}04884\\ \mathrm{m^3/s}

Passo 3

Adotar valor de K para anéis de Pall de 25\\ \mathrm{mm}. Pela literatura, um valor típico é
K = 0{,}11\\ \mathrm{m/s}.
Aplicando na correlação de Souders–Brown:
v_{G,\text{flood}} =0{,}11 \sqrt{\frac{860 - 1{,}15}{1{,}15}} =0{,}11 \sqrt{746{,}8} \approx0{,}11 \times27{,}33 \approx3{,}01\\ \mathrm{m/s}.

Passo 4

Determinar a área transversal no ponto de inundação, usando a vazão volumétrica de gás:
A_{\text{flood}} = \frac{Q_G}{v_{G,\text{flood}}} = \frac{10{,}43}{3{,}01} \approx3{,}47\\ \mathrm{m^2}.
A velocidade superficial de líquido correspondente ao ponto de inundação é
v_{L,\text{flood}} = \frac{Q_L}{A_{\text{flood}}} = \frac{0{,}04884}{3{,}47} \approx0{,}0141\\ \mathrm{m/s}.

Passo 5

Adotar 60\% da condição de inundação como critério de projeto:
v_{G,\text{proj}} =0{,}60 \times v_{G,\text{flood}} =0{,}60 \times3{,}01 \approx1{,}81\\ \mathrm{m/s},
v_{L,\text{proj}} =0{,}60 \times v_{L,\text{flood}} =0{,}60 \times0{,}0141 \approx0{,}00846\\ \mathrm{m/s}.

Passo 6

Calcular a área necessária no projeto e o diâmetro da torre:
A_{\text{proj}} = \frac{Q_G}{v_{G,\text{proj}}} = \frac{10{,}43}{1{,}81} \approx5{,}76\\ \mathrm{m^2},
D = \sqrt{\frac{4\,A_{\text{proj}}}{\pi}} = \sqrt{\frac{4\times5{,}76}{\pi}} \approx2{,}71\\ \mathrm{m}.

Resposta

Ponto de inundação:
\displaystyle v_{G,\text{flood}}\approx3{,}01\\ \mathrm{m/s},\quad v_{L,\text{flood}}\approx0{,}0141\\ \mathrm{m/s}.
Velocidades superficiais de projeto (60 % do flooding):
\displaystyle v_{G,\text{proj}}\approx1{,}81\\ \mathrm{m/s},\quad v_{L,\text{proj}}\approx0{,}00846\\ \mathrm{m/s}.
Diâmetro da torre:
\displaystyle D\approx2{,}71\\ \mathrm{m}.

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