Dissulfeto de carbono ( \mathrm{CS}_{2} ) deve ser removido de um gás contendo 15 \% \mathrm{CS}_{2} e 85 \% de ar atmosférico ( 21 \% \mathrm{O}_{2} e 79 \%\mathrm{N}_{2} ), através de um processo de absorção que utiliza benzeno líquido como solvente. Sabe-se que o benzeno absorve apenas \mathrm{CS}_{2} e que a razão molar entre as correntes de alimentação de solvente e de gás é 2 / 1. Além disso, parte do benzeno usado evapora e é perdida no gás efluente da coluna de absorção, cuja composição é: 2,0 \% \mathrm{CS}_{2}, 2,0 \% benzeno e o restante de \mathrm{O}_{2} e \mathrm{N}_{2}. Calcular: a) o % de \mathrm{CS}_{2} absorvido pelo solvente; b) o teor de \mathrm{CS}_{2} na corrente de líquido efluente da coluna; c) o % de benzeno perdido na corrente de gás efluente da coluna; e d) as vazões de todas as correntes para uma vazão de gás de alimentação de 200 \mathrm{kgmol} / \mathrm{h}.
Passo 1
O enunciado apresenta um gás de alimentação de 200 kmol/h com 15\% de \mathrm{CS}_2 e 85\% de ar (sendo 21\% de \mathrm{O}_2 e 79\% de \mathrm{N}_2). Usa-se benzeno líquido puro como solvente em razão molar \displaystyle\frac{L_{\text{in}}}{G_{\text{in}}}=2, ou seja L_{\text{in}}=400 kmol/h. Parte do benzeno evapora e sai no gás efluente, cuja composição é 2{,}0\% de \mathrm{CS}_2, 2{,}0\% de benzeno e 96\% de ar. Vamos montar balanços para achar: a) % de \mathrm{CS}_2 absorvido; b) teor de \mathrm{CS}_2 no líquido efluente; c) % de benzeno perdido; d) fluxos de todas as correntes.
Passo 2
Definimos as incógnitas: G_e = vazão molar do gás efluente (kmol/h) V_b = vazão molar de benzeno que evapora e vai pro gás efluente (kmol/h)
Do balanço total de gás + vapor:
G_e = G_{\text{in}} + V_b = 200 + V_b.
Da composição do gás efluente temos:
\begin{cases} \text{fracção de benzeno} = 0{,}02 = \dfrac{V_b}{G_e},\\[6pt] \text{fracção de CS}_2 = 0{,}02 = \dfrac{\dot n_{\mathrm{CS}_2,\;e}}{G_e}. \end{cases}]
As vazões e composições finais são:
Gás de alimentação: 200 kmol/h \mathrm{CS}_2=30, \mathrm{O}_2=35{,}7, \mathrm{N}_2=134{,}3.
Solvente de alimentação: 400 kmol/h de benzeno puro.
Gás efluente: 204{,}0816 kmol/h \mathrm{CS}_2=4{,}0816, benzeno= 4{,}0816, \mathrm{O}_2=41{,}1735, \mathrm{N}_2=154{,}8453.
Líquido efluente: 421{,}8368 kmol/h (benzeno= 395{,}9184, \mathrm{CS}_2=25{,}9184).
Resposta
a) 86{,}4\% de \mathrm{CS}_2 absorvido pelo solvente.
b) 6{,}15\% de \mathrm{CS}_2 na corrente de líquido efluente.
c) 1{,}02\% de benzeno perdido na corrente de gás efluente.
d) Vazões:
Gás in = 200 kmol/h, Solvente in = 400 kmol/h,
Gás out = 204{,}0816 kmol/h, Líquido out = 421{,}8368 kmol/h.