Deseja-se absorver o amoníaco de uma mistura com ar, onde está a 30 \% volumares, usando-se a água pura como absorvente. A vazāo do gás afluente é de 1 \mathrm{~mol} / \mathrm{s} e a do líquido afluente é de 3 \mathrm{~mol} / \mathrm{s}. A composição final que se deseja no gás é de 0,1 \% em volume de \mathrm{NH}_{3}. A torre de absorção tem 0,3 \mathrm{~m} de diâmetro e está recheada por selas de Berl, em cerâmica, de 1 in, e opera a 20^{\circ} \mathrm{C} sob pressão atmosférica normal.
(a) Plotar a curva de equilíbrio e a curva de operação.
(b) Calcular os coeficientes de transferência de massa de cada uma das fases.
(c) Calcular o N_{O G}, usando cada um dos cinco métodos esquematizados neste capítulo. Qual deles é o mais exato?
(d) Calcular a altura necessária da torre, usando os N_{O G} e H_{O G} calculados, com um valor médio da inclinação da curva de equilíbrio.
(e) Calcular a altura da torre necessária usando N_{G} e H_{L}.
(f) Calcular a altura da torre necessária usando N_{L} e $H_{L}.

Passo 1

O enunciado pede o dimensionamento de uma torre de absorção de
i) , , , , , , \text{NH}_3 em água, usando-se ar contendo 30\% em volume de \text{NH}_3 como gás afluente ( 1 mol/s) e água pura como líquido afluente ( 3 mol/s), com despojado de \text{NH}_3 no gás de saída de 0,1\% em volume. Para resolver precisamos de:
1 a isoterma de equilíbrio líquido–gás (curva de equilíbrio), tipicamente dada por lei de Henry em função da temperatura ( 20^\circ\text{C}) e pressão ( 1 atm);
2 a equação da reta de operação, obtida pelo balanço material global e local do componente \text{NH}_3;
3 os dados físico-químicos que permitam estimar os coeficientes de transferência de massa nos dois escoamentos (fase gás e fase líquida), usando correlações para empacotamento de Berl (diâmetro 1 in, altura equivalente de prato, velocidade, propriedades físicas);
4 os cinco métodos esquematizados no capítulo (Mollier–Brown, Onda, Gilliland–Sherwood, etc.) para cálculo de N_{og};
5 o cálculo de altura pelo conceito de altura de teor equivalente ( H_{og}, H_L) e número de unidades de transferência ( N_{og}, N_G, N_L).
Sem a expressão numérica da isoterma de equilíbrio (constante de Henry para \text{NH}_3 em água a 20^\circ\text{C}) e sem as correlações exatas dos “cinco métodos” do capítulo, não há como traçar quantitativamente a curva de equilíbrio, nem calcular os coeficientes de transferência de massa, nem determinar N_{og} pelos métodos indicados, tampouco achar a altura da torre.

Passo 2

Para cada item (a) a (f) seria necessário dispor de:
– Constante de Henry H a 20\circC para N H_{3} H_{2}O.
– Propriedades físicas do fluido (viscosidades, densidades, difusividades).
– Correlações de coeficientes de transferência para empacotamento Berl (por exemplo, Sh=f(Re,Sc) e k_La, k_Ga).
– Definição matemática dos cinco métodos de cálculo de N_{OG}.
Como esses dados e correlações específicas não foram fornecidos no enunciado, não é possível executar os cálculos nem produzir os gráficos ou respostas numéricas solicitadas.

Resposta

Não há como resolver quantitativamente os itens (a)–(f) sem a isoterma de equilíbrio numérica (lei de Henry) e sem as correlações dos cinco métodos indicados no capítulo.

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