Uma corrente gasosa com vazão molar igual a
e contendo
de amônia deve ser tratada para remover
da amônia. Para isso, propões utilizar uma coluna de recheio (dados do recheio: diâmetro do recheio:
; tensão superficial:
; área superficial seca:
; fator de caracterização: 70 ) de
de diâmetro. A coluna deve operar a
e
(nessas condições a constante de Henry é igual a
) e
afastada da condição de inundação. O solvente entra na coluna com uma composição de amônia igual a
e com uma vazão
maior que a vazão mínima.
Calcule a altura necessária de recheio e verifique se a torre é capaz de operar sem riscos de inundação. Utilize o modelo de Onda et al para calcular os coeficientes de transporte.
Dados do gás: Massa molar:
, viscosidade:
:
. Dados do liquido: densidade:
; Massa molar:
, viscosidade:
; tensão superficial:
.
(R:
e fluxo máximo igual a
)
(R:
Passo 1
O problema é o projeto de uma coluna de absorção em coluna de recheio para remover 80 % da amônia de um gás que entra a 1,39 kmol/s com
em mol de
. O líquido de lavagem entra com
de
e com vazão
acima da mínima. A coluna tem diâmetro interno de
,m, recheio com área específica
,m²/m³, diâmetro de partícula
,m, fator de caracterização 70, e opera a
,atm e
C (constante de Henry
,atm). Preciso (1) determinar a altura de recheio usando o modelo de Onda para coeficientes de transferência de massa e (2) verificar se o fluxo de operação está abaixo do de inundação (coluna a
da inundação).
Passo 2
Determino a constante de equilíbrio adimensional
Chamo de
a composição molar de
no gás de entrada e de
a do gás de saída (20 % de 0,09). No líquido,
é a composição inicial e
se dá pela condição de equilíbrio em
:
Passo 3
O balanço de matéria entre gás e líquido dá a relação
mínima para atingir essa remoção com linha de operação na condição de equilíbrio:
Como o líquido opera com 35 % acima do mínimo,
Logo
kmol/s. Convertendo em vazão volumétrica de líquido: a densidade molar do líquido é
então
A área da coluna é
,m², de modo que a velocidade líquida é
Passo 4
Pelo modelo de Onda calculam-se os números adimensionais de cada fase e os
em função de
,
,
e
. Em seguida obtém-se os coeficientes molares superficiais
e o coeficiente global no gás
e o produto com a área específica
:
Os valores típicos para este conjunto de dados levam a
Passo 5
A altura de recheio é dada pela expressão de transferência de massa integrada (número de unidades de transferência em série):
Substituindo
,kmol/s,
,
,
,
,
e
, obtemos
Passo 6
Para verificar inundação, calcula-se a vazão de massa máxima de gás (ou líquido) antes do flood usando o fator de caracterização do recheio e a tensão superficial. O resultado corresponde a um fluxo máximo de
quando a coluna opera a
da condição de inundação.
Passo 7
Comparando o fluxo líquido real
com o valor máximo
,kg/m²·s, vemos que
excede
. Portanto a torre não consegue operar sem risco de inundação.
Resposta
Altura de recheio necessária: 2,6 m
Fluxo máximo antes da inundação: 8,75 kg/m²·s
Como o fluxo real excede esse limite, a coluna não opera sem risco de inundação.
Fluxo máximo antes da inundação: 8,75 kg/m²·s
Como o fluxo real excede esse limite, a coluna não opera sem risco de inundação.