Determinar o diâmetro da coluna de absorção recheada com anéis Pall #2 (metal), operando com fluidos de propriedades do ar e água a
e 1 atm .
No cálculo do diâmetro empregar 2 critérios distintos:
a) Gradiente de pressão na fase gasosa, 1 in água/ft de recheio;
b) Velocidade do gás
da velocidade de inundação.
As vazōes mâssicas das fases gasosa e líquida são de respectivamente
e
.
No cálculo do diâmetro empregar 2 critérios distintos:
a) Gradiente de pressão na fase gasosa, 1 in água/ft de recheio;
b) Velocidade do gás
As vazōes mâssicas das fases gasosa e líquida são de respectivamente
Passo 1
Beleza, o que temos aqui? A questão pede pra achar o diâmetro de uma coluna de absorção empacotada com anéis Pall nº 2 (metal), operando com ar e água a 20 °C e 1 atm.
Conteúdo: hidráulica de empacados – vamos usar
Conteúdo: hidráulica de empacados – vamos usar
- correlação de Ergun (termo de inércia) pra achar a velocidade pela restrição de gradiente de pressão;
- correlação empírica para velocidade de inundação (flooding) e daí tirar 80% disso.
O que vamos precisar:
• Densidades: ρ_g (ar) ≈1,204 kg/m³, ρ_l (água) ≈998 kg/m³.
• Viscosidade do ar μ_g ≈1,8×10⁻⁵ Pa·s (mas a gente vai desprezar o termo viscoso aqui).
• Diâmetro característico do anel, D_p ≈0,0127 m, e fração de vazio ε≈0,92.
• Vazões mássicas: ṁ_g=2000 kg/h (=0,556 kg/s), ṁ_l=88450 kg/h (não usamos diretamente no gás).
Passo 2
1 inch de H₂O = 249,1 Pa, 1 ft = 0,3048 m, logo
Para empacados a parte de inércia da Ergun dá
Isolando v_s:
Substituindo:
ε³=(0,92)³≈0,78; 1–ε=0,08; D_p=0,0127 m; ρ_g=1,204 kg/m³; ΔP/L=817 Pa/m.
ε³=(0,92)³≈0,78; 1–ε=0,08; D_p=0,0127 m; ρ_g=1,204 kg/m³; ΔP/L=817 Pa/m.
Agora calcula a área necessária:
• Vazão volumétrica de gás:
• Vazão volumétrica de gás:
• Área A=Q_g/v_s=0,462/6,9≈0,067 m².
• Diâmetro D:
• Diâmetro D:
Passo 3
Pra inundação em empacados usa-se uma correlação típica do tipo
onde σ≈0,072 N/m (tensão superficial água-ar), g=9,81 m/s², e para Pall rings costuma-se tomar k≈0,35.
Então a operação a 80 % dá
Mesmo cálculo de área e diâmetro:
Resposta
Critério (a): D ≈ 0,29 m
Critério (b): D ≈ 0,67 m
Critério (b): D ≈ 0,67 m