Deseja-se recuperar cloro de um fluxo de ar por absorção em água. Sabe-se que a torre, recheada com selas de Berl de
, opera isotermicamente a
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)
no gás de alimentação,
em peso;
b)
no
de saida, 0,001 moles de
ar;
c) O líquido de alimentação não contém cloro;
d) Em condições econômicas
, onde
e
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:
onde
- viscosidade do líquido (lb/ft.h);
L - vazão de liquido (
);
- densidade de liquido (
);
- difusividade da fase liquida
;
e
dependem do recheio e no caso de selas de Berl de
(cerâmica) tomam, respectivamente, os valores 150 e 0,28 .
Para a fase gasosa,
onde
G - vazão de gás (
;
L - vazão de líquido (
);
a)
b)
c) O líquido de alimentação não contém cloro;
d) Em condições econômicas
Como os dados de transferência de massa para este sistema não são facilmente encontrados na literatura, no cálculo da altura use as seguintes expressões:
L - vazão de liquido (
Para a fase gasosa,
G - vazão de gás (
L - vazão de líquido (
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,
e nos dão correlações de HTU para líquido e gás:
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
- Balanço molar de absorção (fluxo contracorrente):
onde
• 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
- Cálculo de HTU líquido e gás:
– Primeiro convertemos a vazão de líquido em “velocidade”(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
- Montagem do HTU global e NTU:
– A relação de resistências em série dá
– O número de unidades de transferência NTU (baseado na fase gasosa) para equilíbrio linear é
– Logo a altura da torre é
Passo 5
- Cálculo do diâmetro:
– Depois de achardeterminamos o caudal mássico de gás e a velocidade superficial .
– Aí o diâmetro sai de
Resposta
As dimensões finais da torre ficam, em função de todos os parâmetros e constantes de propriedades:
Altura:
Diâmetro:
Você só precisa inserir:
- o valor numérico de
, - as propriedades
, - a área (via
)
para chegar nos valores numéricos finais dee .