O disulfeto de carbono, CS2, usado como um solvente em uma planta química, é evaporado do produto em um secador para um gás inerte (essencialmente ) de modo a evitar o perigo de uma explosão. A mistura vapor- deve ser lavada (“scrubbed”) com um óleo absorvente, que será subsequentemente “strippado” com vapor para recuperar o . A mistura tem uma pressão parcial de igual a 50 mmHg a e deve ser soprada para o absorvedor na pressão atmosférica ( 1 atms abs ), a uma vazão esperada de . O teor de do gás deve ser reduzido a vol. O óleo absorvente tem um peso molecular médio de 180 , viscosidade de 2 cP e densidade 0,81 a . O óleo entra no absorvedor praticamente livre de todo , e pode-se assumir que soluções de óleo e , embora não ideais, sigam a lei de Raoult. A pressão de vapor de a é 346 mmHg . Assuma operação isotérmica.
a) Para uma razão líquido/gás de 1,6 vezes o mínimo, determine a vazão requerida de óleo absorvente em kg/h.
b) Determine o número de estágios teóricos requeridos.
(2 pontos)
Passo 1
O enunciado trata de absorção de C de um gás ( C) em contra-fluxo com um óleo absorvente, à temperatura constante de C e pressão total de atm. Precisamos usar
a lei de Raoult para C no óleo ideal: , logo em equilíbrio
balanço de material e cálculo de caudais molares e mássicos,
e a fórmula do mínimo caudal líquido/gás em absorção:onde é a fração molar de C no óleo puro de entrada (), .
Depois ajustamos para a razão real e calculamos o número de estágios teóricos por Kremser.
Passo 2
Calcular o caudal molar de gás . O volume de gás é
Pela equação dos gases ideais,
Passo 3
Determinar as frações molares de C no gás de entrada () e saída ().
A pressão parcial de C na entrada é mmHg, logo
O produto deve sair com % em volume, isto é
Passo 4
Calcular o coeficiente e as frações molares de equilíbrio no óleo:
Em particular,
Passo 5
Calcular a razão mínima em base molar:
Passo 6
Adotar a razão real :
Logo o caudal molar de óleo é
Convertendo para kg/h, usando peso molecular médio do óleo g/mol kg/mol:
Passo 7
Determinar o número de estágios teóricos, usando a fórmula de Kremser para absorção com solução pura de entrada () e equilíbrio linear (). A expressão é
Calculamos
Para :
que é menor que 0,0760, ou seja, já remove mais do que o necessário num único estágio. Portanto um estágio teórico basta.
Resposta
a) 1,18times10^5 kg/h de óleo absorvente.
b) 1 estágio teórico.