Uma corrente de 0,8 kg / s de ar e amoníaco (com uma densidade mássica média de 1168 kg / m^3 ) vai ser tratada em contracorrente com água (densidade mássica média de 1000 kg / m^3 ) numa coluna de enchimento onde a fração mássica de amoníaco é reduzida de 0,05 para 0,0001. A relação de equilíbrio para a temperatura de trabalho é expressa por y=1,01. x.
a) escolha a corrente de água para o processo;
b) Usando a equação de Kremser, calcule o número de andares ideais;
c) Calcule o diâmetro a altura da coluna, sabendo que o enchimento é Mellapak 500.Y.
d) Admita que, passando algum tempo após a construção da coluna, se pretende aumentar a capacidade de processamento da coluna. Calcule a nova concentração de saída do amoníaco se a corrente de gás a ser tratada aumentar 15 %, mantendo as composições de entrada e a corrente de água.

Passo 1

O enunciado descreve um processo de absorção contracorrente de amoníaco de uma corrente gasosa em água. Temos:
– Vazão mássica do gás (ar + N H3) G=0,8:kg/s com fração mássica de N H3 reduzida de y1=0,05 para y2=0,0001.
– Água pura ( x1=0) entra para absorver o N H3; sua densidade é 1000:kg/m^3.
– Relação de equilíbrio linear ;y = m,x com m=1,01.
Para resolver precisamos de:
1. Balanço geral de N H3 para achar a vazão de água L.
2. Equação de Kremser para número de andares teóricos N.
3. (c) Dados de empacotamento (HETP, área específica, velocidade de escoamento) não foram fornecidos – portanto não é possível dimensionar coluna sem essas informações.
4. Novo balanço quando G aumenta 15 % para achar y2 revisitado.

Passo 2

Determinação de L pela conservação de N H3:
G,y1 ;=; G,y2 ;+; L,x2
onde na saída da água x2 vem da relação de equilíbrio com y2:
x2 = y2m = 0,00011,01 = 9,90099times10^-5
Logo,
L = G,(y1 - y2)x2 = 0,8,(0,05 - 0,0001)9,90099times10^-5 approx 403,2:kg/s
Em volume isso é VL = L/1000 approx 0,4032:m^3/s

Passo 3

Cálculo do número de andares teóricos N pela equação de Kremser (absorção, x1=0):
y1 - y2y2 - m,x1 = (L/G)^N - m^N(L/G) - m
Aqui L/G = 403,2/0,8 = 504 e m=1,01. Como x1=0, o denominador à esquerda é y2. Substituindo:
0,05 - 0,00010,0001 = 504^N - 1,01^N504 - 1,01 ;Longrightarrow; 499 = 504^N - 1,01^N502,99
Multiplicando e desprezando o termo 1,01^N em relação a 504^N:
504^N approx 499times502,99 Longrightarrow 504^N approx 2,51times10^5 ;Longrightarrow; N approx ln(2,51times10^5)ln(504) approx 2,0

Passo 4

Para dimensionar o diâmetro e a altura da coluna com empacamento Mellapak 500.Y seria necessário conhecer parâmetros característicos desse enchimento (HETP ou HTU, área específica, curva de queda de pressão/flooding, etc.). Esses dados não foram fornecidos, logo não há como prosseguir com o cálculo de diâmetro e altura.

Passo 5

Se a vazão de gás aumenta 15 % ( Grm new=1,15times0,8=0,92:kg/s) e a vazão de água L e composições de alimentação não mudam, refazemos o balanço de N H3:
Grm new,y1 = Grm new,y2^rm new + L,y2^rm newm ;Longrightarrow; y2^rm newl(Grm new + tfracLmr) = Grm new,y1
Substituindo L/m = 403,2/1,01approx399,2 e Grm new=0,92:
y2^rm new = 0,92times0,050,92 + 399,2 approx 1,15times10^-4

Resposta

a) L approx 403,2:kg/s ( 0,4032 m^3/s) de água.
b) N approx 2 andares teóricos.
c) Não é possível dimensionar sem os dados do empacamento (HETP, área específica, curva de flooding).
d) Nova fração de N H3 na saída do gás y2^rm newapprox1,15times10^-4

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