Deseja-se recuperar cloro de um fluxo de ar por absorção em água. Sabe-se que a torre, recheada com selas de Berl de 1 / 2^prime prime, opera isotermicamente a 60^circ C e 1 atm. Dispondo de uma vazão de alimentação de liquido de 1620 lb de água /h, calcule as dimensões da torre. Sabe-se ainda que:
a) C ell2 no gás de alimentação, 4 % em peso;
b) C ell2 no gásá de saida, 0,001 moles de C ell2 / molde ar;
c) O líquido de alimentação não contém cloro;
d) Em condições econômicas m GMLM=0,8, onde GM e LM são as velocidades molares de solvente das fases gasosa e líquida.
Como os dados de transferência de massa para este sistema não são facilmente encontrados na literatura, no cálculo da altura use as seguintes expressões:
HL=1alpha(Lmu)^n(murho DL)^0,5 , ft
onde
mu - viscosidade do líquido (lb/ft.h);
L - vazão de liquido ( ell b / ft^2 h );
rho - densidade de liquido ( ell b / ft^3 );
DL - difusividade da fase liquida (f t^2 / h);
alpha e n dependem do recheio e no caso de selas de Berl de 1 / 2^prime prime (cerâmica) tomam, respectivamente, os valores 150 e 0,28 .
Para a fase gasosa,
HG=1,01 G^0,31L^0,33, ft
onde
G - vazão de gás ( ell b / f t^2 h);
L - vazão de líquido ( ell b / f t^2 h );

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado diz que queremos absorver Cl₂ de um fluxo de gás (4 % em peso) numa torre de 60 °C e 1 atm, usando 1620 lb/h de água (sem Cl₂). A saída do gás fica com 0,001 mol Cl₂/mol ar. Dizem também que, em condições econômicas,
m,GMLM=0,8
e nos dão correlações de HTU para líquido e gás:
HL=1alphal(Lmur)^nl(murho,DLr)^0,5, HG=1,01,G^0,31L^0,33
O que vamos precisar:
  • Fazer o balanço de massa (molar) para achar as vazões molares de gás e líquido,
  • Calcular os coeficientes e usando as correlações dadas,
  • Determinar o NTU do regime de absorção (linha de equilíbrio linear ),
  • Montar o HTU global e obter a altura da torre,
  • Finalmente achar o diâmetro pela vazão de gás e a velocidade superficial.

Passo 2

  1. Balanço molar de absorção (fluxo contracorrente):
GMl(y1 - y2r)=LMl(x2 - x1r)
onde
GM=0,8m,LM fração molar de Cl₂ na alimentação de gás (4 % em peso ⇒ aprox. 0,017 mol/mol),
,
(água pura),
(equilíbrio linear).
Como , a gente combina essas duas para achar e . Sabemos já (de 1620 lb/h de água → ~40.770 mol/h), daí obtém

Passo 3

  1. Cálculo de HTU líquido e gás:
    – Primeiro convertemos a vazão de líquido em “velocidade” HL=1150l(Lmur)^0,28l(murho,DLr)^0,5, HG=1,01,G^0,31L^0,33 (lb/ft²·h) dividindo a vazão de água pela área da seção (ainda desconhecida!).
    – Mesma coisa para o gás: (lb/ft²·h).
Depois usamos as correlações:

Passo 4

  1. Montagem do HTU global e NTU:
    – A relação de resistências em série dá
1KGa=1kGa+mkLa Longrightarrow HTUrm glob=HG + m,HL
– O número de unidades de transferência NTU (baseado na fase gasosa) para equilíbrio linear é
NTU =1m-1,lny1y2
– Logo a altura da torre é
H = HTUrm glob,times NTU =l(HG + m,HLr), 1m-1lny1y2

Passo 5

  1. Cálculo do diâmetro:
    – Depois de achar A=GM,MWrm gásuG,rhoG, D=raiz4Api determinamos o caudal mássico de gás e a velocidade superficial .
    – Aí o diâmetro sai de
á

Resposta

As dimensões finais da torre ficam, em função de todos os parâmetros e constantes de propriedades:
Altura:
H =l[,HG + m,HLr]; 1m-1,ln!l(tfracy1y2r) (ft)
Diâmetro:
D=raiz4pi,GM,MWrm gásuG,rhoG (ft) á
Você só precisa inserir:
  1. o valor numérico de ,
  2. as propriedades ,
  3. a área (via )
    para chegar nos valores numéricos finais de e .

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