(Nilo, p. 185, q. 21) Uma corrente gasosa na vazão 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
a 1,00% (molar). O solvente é uma solução de MEA (mono-etanol-amina) que contém $0,15 mol de
por mol de MEA. A solução rica em
não deverá conter mais do que $0,45 mol de
por mol de MEA. Considerando desprezível a absorção de hidrocarbonetos pela solução de MEA, calcule:
a) A % de absorção 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(
, 1 atm) do gás tratado (considere comportamento ideal). R: $989,83 \mathrm{m}^{3}/h.
a) A % de absorção de
b) A vazão mássica da solução de MEA que alimenta a coluna. R: $1309,66 kg/h.
c) A vazão volumétrica nas CNTP(
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.
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
- Primeiro, quantos mols de CO₂ entram e saem:
- Entrada de CO₂:
- Os hidrocarbonetos não mudam de vazão:
- Entrada de CO₂:
- Na saída, a fração molar de CO₂ é 1 %:
Se chamar a vazão de saída total de, temos
e
Então - CO₂ absorvido:$$\dot n_{\rm CO2,abs} = \dot n_{\rm CO2,in} - \dot n_{\rm CO2,out}= 6{,}25 - 0{,}4429 = 5{,}8071\ kmol/h.
%absorção= \frac{\dot n_{\rm CO2,abs}}{\dot n_{\rm CO2,in}}\times 100%= \frac{5{,}8071}{6{,}25}\times 100% \approx 92{,}9%.$$
Passo 3
Calcular a vazão mássica da solução de MEA
- A diferença de carga de CO₂ no solvente (rich – lean) é
2) Para absorver 5,8071 kmol/h de CO₂, precisamos de:
$$\dot n_{\rm MEA} = \frac{\dot n_{\rm CO2,abs}}{\Delta r}= \frac{5{,}8071}{0{,}30} = 19{,}357\ kmol MEA/h.\dot n_{\rm CO2,lean} = 0{,}15 \times 19{,}357 = 2{,}9036\ kmol/h.$$ - Agora a massa total dessa solução (MEA + CO₂), usando massas molares
e :
Passo 4
Calcular a vazão volumétrica do gás tratado em CNTP
- Vazão molar do gás tratado:
2) A 0 °C e 1 atm, 1 kmol de gás ideal ocupa.
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)
b) 1309,66 kg/h da solução de MEA
c) 989,83 m³/h de gás tratado (CNTP)