Uma corrente gasosa de vazão igual a 852 \mathrm{~kg} / \mathrm{hr} com 20 \% em massa de S 0_{2} deverá ser traada em uma torre recheado com anéis de Raching (porcelana) de 25 mm , com 4540 \mathrm{~kg} / \mathrm{hr} de água para remover substancialmente todo o \mathrm{SO}_{2}. Especificar o diâmetro da torre, a velocidade superficial de escoamento das fases líquidas e gasosa e o ponto de inundação, que operará a 1 atm e 21^{\circ} \mathrm{C}. A massa molar do gás é 31.8 , sua densidade média 1,17 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}, a densidade da água é 1000 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3} e a viscosidade da água igual a 0,001 \mathrm{~Pa}.s. Considere um afastamento de 60 \%.
(R: Fluxo de inundação =1,26 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{2} \mathrm{~s}; diâmetro =0,56 \mathrm{~m} ).

Passo 1

O enunciado dá uma vazão mássica de gás \dot m_{g,\text{tot}}=852\rm\\ kg/h, contendo 20\% em massa de \mathrm{SO}_2, e uma vazão mássica de água \dot m_\ell=4540\rm\\ kg/h. Queremos dimensionar uma torre recheada para remover \mathrm{SO}_2, encontrando o diâmetro da coluna, as velocidades superficiais das fases líquida e gasosa e o ponto de inundação. Vamos usar o fluxo de inundação de referência G_{g,f}=1{,}26\rm\\ kg/(m^2\,s) e projetar a operação a 60\% desse valor.

Passo 2

Converter as vazões mássicas para kg/s:
\dot m_{g,\text{tot}} = \frac{852}{3600} =0{,}2367\rm\\ kg/s, \qquad \dot m_\ell = \frac{4540}{3600} =1{,}2611\rm\\ kg/s.

Passo 3

Como 20\% da massa do gás é \mathrm{SO}_2, a parte principal do volume de escoamento é 80% do total. Assim
\dot m_{g} =0{,}8\;\dot m_{g,\text{tot}} =0{,}8\times0{,}2367 =0{,}1894\rm\\ kg/s.
Projetamos a operação a 60\% do fluxo de inundação:
G_{g,\text{proj}} =0{,}6\,G_{g,f} =0{,}6\times1{,}26 =0{,}756\rm\\ kg/(m^2\,s).
A área interna da coluna é
A =\frac{\dot m_{g}}{G_{g,\text{proj}}} =\frac{0{,}1894}{0{,}756} =0{,}2505\rm\\ m^2,
de onde o diâmetro vale
D =\sqrt{\frac{4\,A}{\pi}} =\sqrt{\frac{4\times0{,}2505}{\pi}} =0{,}566\rm\\ m\approx0{,}56\rm\\ m.

Passo 4

A velocidade superficial de escoamento do gás vale
U_g =\frac{G_{g,\text{proj}}}{\rho_g} =\frac{0{,}756}{1{,}17} =0{,}646\rm\\ m/s.

Passo 5

A velocidade superficial de escoamento da fase líquida é
U_\ell =\frac{\dot m_\ell/\rho_\ell}{A} =\frac{(1{,}2611/1000)}{0{,}2505} =0{,}00503\rm\\ m/s.

Resposta

Diâmetro da torre: D=0{,}56\rm\\ m
Velocidade superficial do gás: U_g=0{,}646\rm\\ m/s
Velocidade superficial do líquido: U_\ell=0{,}00503\rm\\ m/s
Ponto de inundação (fluxo mássico de gás): G_{g,f}=1{,}26\rm\\ kg/(m^2\,s)

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