(Nilo, p. 185, q. 21) Uma corrente gasosa na vazão de $50,0 kmol/h contendo 12,5% (molar) de 50,0 kmol/h contendo 12,5% (molar) de e restante de hidrocarbonetos é tratada em uma coluna absorvedora para reduzir o teor de e restante de hidrocarbonetos é tratada em uma coluna absorvedora para reduzir o teor de a 1,00% (molar). O solvente é uma solução de MEA (mono-etanol-amina) que contém $0,15 mol de a 1,00% (molar) O solvente é uma solução de MEA (mono-etanol-amina) que contém por mol de MEA. A solução rica em CO2 não deverá conter mais do que $0,45 mol de CO2 por mol de MEA. Considerando desprezível a absorção de hidrocarbonetos pela solução de MEA, calcule:
a) A % de absorção de 0,45 mol de na coluna absorvedora. R: 92,9%.
b) A vazão mássica da solução de MEA que alimenta a coluna. R: $1309,66 kg/h.
c) A vazão volumétrica nas CNTP( por mol de MEA Considerando desprezível a absorção de hidrocarbonetos pela solução de MEA, calcu<=: a) A % de absorção de , 1 atm) do gás tratado (considere comportamento ideal). R: $989,83 \mathrm{m}^{3}/h.

Passo 1

Beleza, vamos resumir o que o enunciado diz e o que a gente precisa usar.
Você tem um gás entrando numa coluna com vazão de 50,0 kmol/h, contendo 12,5 % em CO₂ (o resto é hidrocarbonetos desprezíveis). Na saída, a coluna deixa só 1,00 % de CO₂ no gás tratado. A ideia é calcular:
a) a porcentagem de CO₂ que foi absorvida,
b) a vazão mássica da solução de MEA que entra (sabendo que a solução “seca” leva 0,15 mol CO₂/mol MEA e a “rica” não passa de 0,45 mol CO₂/mol MEA),
c) a vazão volumétrica do gás tratado em CNTP.
O conteúdo teórico principal é balanço de matéria (contagem de mols), conceito de fração molar, e carga de solvente (mol_CO₂/mol_MEA). Além disso, para o item © usamos a equação dos gases ideais para converter kmol/h em m³/h a 0 °C e 1 atm.

Passo 2

Calcular a % de absorção de CO₂
  1. Primeiro, quantos mols de CO₂ entram e saem:
    • Entrada de CO₂: dot nrm CO2,in = 50,0 kmol/h times 0,125 = 6,25 kmol/h
      - Os hidrocarbonetos não mudam de vazão:
      dot nrm HC = 50,0 - 6,25 = 43,75 kmol/h
  2. Na saída, a fração molar de CO₂ é 1 %:
    Se chamar a vazão de saída total de dot Nrm out, temos xrm CO2,out = dot nrm CO2,outdot Nrm out = 0,01,
    e
    dot Nrm out = dot nrm CO2,out + dot nrm HCEntão dot nrm CO2,out = 0,01l(dot nrm CO2,out + 43,75r) ;Longrightarrow; 0,99,dot nrm CO2,out = 0,4375 ;Longrightarrow; dot nrm CO2,out = 0,4429 kmol/h
  3. CO₂ absorvido:$$\dot n_{\rm CO2,abs} = \dot n_{\rm CO2,in} - \dot n_{\rm CO2,out}= 6{,}25 - 0{,}4429 = 5{,}8071\ kmol/h. dot nrm CO2,abs = dot nrm CO2,in - dot nrm CO2,out = 6,25 - 0,4429 = 5,8071 kmol/h%absorção= \frac{\dot n_{\rm CO2,abs}}{\dot n_{\rm CO2,in}}\times 100%= \frac{5{,}8071}{6{,}25}\times 100% \approx 92{,}9%.$$

Passo 3

Calcular a vazão mássica da solução de MEA
  1. A diferença de carga de CO₂ no solvente (rich – lean) é De
    2) Para absorver 5,8071 kmol/h de CO₂, precisamos de:
    $$\dot n_{\rm MEA} = \frac{\dot n_{\rm CO2,abs}}{\Delta r}= \frac{5{,}8071}{0{,}30} = 19{,}357\ kmol MEA/h. dot nrm MEA = dot nrm CO2,absDeçãçãá\dot n_{\rm CO2,lean} = 0{,}15 \times 19{,}357 = 2{,}9036\ kmol/h.$$
  2. Agora a massa total dessa solução (MEA + CO₂), usando massas molares dot nrm CO2,<=an = 0,15 times 19,357 = 2,9036 kmol/h e Mrm MEA=61,08 kg/kmol: Mrm CO2=44,01 kg/kmol

Passo 4

Calcular a vazão volumétrica do gás tratado em CNTP
  1. Vazão molar do gás tratado: dot Nrm out = 43,75 + 0,4429 = 44,1929 kmol/h
    2) A 0 °C e 1 atm, 1 kmol de gás ideal ocupa Vm=22,4139 m^3/kmol.
    3) Então
    $$\dot V = \dot N_{\rm out}\times V_m= 44{,}1929\times 22{,}4139\approx 989{,}8\ \mathrm{m^3/h}.$$

Resposta

a) 92,9 % de CO₂ absorvido
b) 1309,66 kg/h da solução de MEA
c) 989,83 m³/h de gás tratado (CNTP)

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