(Nilo, p. 184, q. 14) Uma mistura gasosa propano-ar contendo 10,0% (em volume)
de propano e vazão mássica total de $122,0 kg/s é carga de uma coluna de absorção onde entra em contato com um óleo de absorção isento de propano e massa molar de $250 kg/kmol. Deseja-se que o óleo de absorção remova 90,0% do propano presente na mistura gasosa. Se a fração em quantidade de matéria de propano no óleo efluente da coluna é de 40,0%, calcule:
a) A vazão mássica de óleo de absorção a ser utilizada. R: $135,65 kg/s.
b) O teor molar de propano na mistura gasosa efluente da coluna. R: 1,1%.
a) A vazão mássica de óleo de absorção a ser utilizada. R: $135,65 kg/s.
b) O teor molar de propano na mistura gasosa efluente da coluna. R: 1,1%.
Passo 1
O enunciado diz que uma mistura gasosa de propano‐ar, com 10 % em volume de propano e vazão mássica total de 122 kg/s, entra numa coluna de absorção onde fica em contato com óleo puro (sem propano) de massa molar 250 kg/kmol. Queremos remover 90 % do propano do gás. Sabe‐se também que, no óleo efluente, a fração molar de propano é 40 %.
Conteúdo: balanços de massa e de mol (misturas gasosas, gases ideais, fração volumétrica = fração molar, balanço global e parcial).
Conteúdo: balanços de massa e de mol (misturas gasosas, gases ideais, fração volumétrica = fração molar, balanço global e parcial).
Passo 2
Primeiro, vamos achar a composição e as vazões molares no gás de alimentação.
Como gases ideais têm fração volumétrica igual à fração molar,
Como gases ideais têm fração volumétrica igual à fração molar,
Massa molar do propano:
,kg/kmol; massa molar média do “ar” (inertes) aprox.
,kg/kmol.
A massa molar média da mistura é
A massa molar média da mistura é
Como a vazão mássica total do gás é
,kg/s, a vazão molar total é
Logo, a vazão molar de propano na alimentação é
e a vazão mássica de propano na alimentação é
Passo 3
Como queremos remover 90 % do propano, a massa de propano absorvida é
Em termos molares:
Passo 4
No óleo efluente, a fração molar de propano é 0,40, ou seja,
Desse modo a vazão molar total de óleo efluente é
A porção correspondente ao solvente (óleo puro) em kmol/s é
Como a massa molar do óleo puro é 250 kg/kmol, a vazão mássica de óleo de absorção (alimentação) é
Passo 5
Agora, a vazão molar de propano que resta no gás efluente será
Os inertes não reagem nem entram no óleo, então a vazão molar de inertes continua
,kmol/s.
Logo, a vazão molar total de gás efluente é
Logo, a vazão molar total de gás efluente é
A fração molar de propano na saída é
Resposta
a) Vazão mássica de óleo de absorção: 135,65 kg/s
b) Fração molar de propano no gás efluente: 1,10 %
b) Fração molar de propano no gás efluente: 1,10 %