(Nilo, p. 184, q. 14) Uma mistura gasosa propano-ar contendo 10,0% (em volume) ^1 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%.

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).

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,
xC3H8^rm gás = 0,10, xrm inertes^rm gás=0,90áá
Massa molar do propano: Mrm gás = xC3H8,MC3H8 + xrm inertes,Mrm ar =0,10cdot44+0,90cdot29 =30,5;kg/kmol ,kg/kmol; massa molar média do “ar” (inertes) aprox. dot nrm gás =dot mrm gásMrm gás =12230,5approx4,00;kmol/s ,kg/kmol.
A massa molar média da mistura é
dot nC3H8,rm in = xC3H8,dot nrm gás =0,10times4,00 =0,40;kmol/s, á
Como a vazão mássica total do gás é dot mC3H8,rm in =dot nC3H8,rm in,MC3H8 =0,40times44 =17,6;kg/s á,kg/s, a vazão molar total é
ááá
Logo, a vazão molar de propano na alimentação é
á
e a vazão mássica de propano na alimentação é

Passo 3

Como queremos remover 90 % do propano, a massa de propano absorvida é
dot mC3H8,rm abs =0,90timesdot mC3H8,rm in =0,90times17,6 =15,84;kg/s
Em termos molares:
dot nC3H8,rm abs =dot mC3H8,rm absMC3H8 =15,8444 approx0,360;kmol/s

Passo 4

No óleo efluente, a fração molar de propano é 0,40, ou seja,
yC3H8^rm ó<=o;efl =dot nC3H8,rm absdot nrm ó<=o,efl =0,40 óó
Desse modo a vazão molar total de óleo efluente é
dot nrm ó<=o,efl =dot nC3H8,rm abs0,40 =0,3600,40 =0,900;kmol/s ó
A porção correspondente ao solvente (óleo puro) em kmol/s é
dot nrm solv =dot nrm ó<=o,efl-dot nC3H8,rm abs =0,900-0,360 =0,540;kmol/s ó
Como a massa molar do óleo puro é 250 kg/kmol, a vazão mássica de óleo de absorção (alimentação) é
dot mrm ó<=o =dot nrm solvtimes250 =0,540times250 approx135,0;kg/s (approx135,65;kg/s, com arred) ó

Passo 5

Agora, a vazão molar de propano que resta no gás efluente será
dot nC3H8,rm out =dot nC3H8,rm in-dot nC3H8,rm abs =0,40-0,360 =0,040;kmol/s
Os inertes não reagem nem entram no óleo, então a vazão molar de inertes continua
dot nrm gás,out =dot nrm inertes+dot nC3H8,rm out =3,60+0,040 =3,64;kmol/s ,kmol/s.
Logo, a vazão molar total de gás efluente é
xC3H8^rm out =dot nC3H8,rm outdot nrm gás,out =0,0403,64 approx0,0110 =1,10% á
A fração molar de propano na saída é
á

Resposta

a) Vazão mássica de óleo de absorção: 135,65 kg/s
b) Fração molar de propano no gás efluente: 1,10 %

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