Deseja-se projetar uma torre recheada para extrair o gás amoníaco do ar mediante água isenta de amónia que se injeta no topo da torre. Nas condiçōes de operaçāo que se prevêem, o equilíbrio é traduzido pela expressão
. São duas as correntes de gás a serem tratadas: (a) uma delas é injetada, na base da torre, à taxa de
, e tem
molares de amónia; (b) a outra é de um gás diluído, com 2,44% molares de amônia, injetada à taxa de
num ponto apropriado da torre. A torre deve ter altura suficiente para que o gás efluente tenha 0,005 moles de amônia de amônia por mol de ar. Calcular a altura total necessária de recheio. Usar a vazão de
para a água. A velocidade máxima da corrente de ar, em qualquer ponto, é de
de torre vazia. Usar, para o recheio, os seguintes parâmetros:
, com
em
e
Passo 1
O enunciado pede a altura de recheio de uma torre de absorção de
em água, operando em equilíbrio linear
onde
é a fração molar da amônia no gás e
a fração molar no líquido. Temos duas correntes de gás:
– Corrente (a): ,mol/s e
.
– Corrente (b): ,mol/s e
, injetada num ponto intermediário.
O efluente deve ter . A vazão de água é
,mol/s (injetada no topo,
), e a velocidade máxima de gás é
,mol/(s
). Para o recheio valem
– Corrente (a):
– Corrente (b):
O efluente deve ter
O conteúdo principal é balanço diferencial de massa em cada trecho e integração pelo método dos números de unidades de transferência (NTU) e altura de unidade de transferência (HTU).
Passo 2
Escolhemos a menor área de seção reta
que satisfaz
. Como
,mol/s, toma-se
Então as velocidades específicas em cada trecho são
Passo 3
Para um nível genérico de injeção da corrente (b) definimos:
fração molar no gás saindo do trecho inferior,
fração molar no gás logo acima da injeção,
composição do líquido nesse ponto.
Dos balanços integrais sobre o trecho superior (onde com
) e sabendo
e
, obtém-se
Dos balanços integrais sobre o trecho superior (onde
Do trecho inferior (com
e entrada do líquido em
), e misturando-se depois ao ponto de injeção, nota-se que a constante
torna-se num valor numérico independente de
, simplificando a integração.
Passo 4
Cada trecho tem altura
As integrais fecham em forma logarítmica. Depois de simplificar, chega-se a:
onde
. A altura total é
.
Passo 5
Varia-se
no intervalo viável
para minimizar
. O mínimo é obtido para
isto é, injetar a corrente (b) na base da torre (mistura completa antes do recheio). Nesse caso não há “trecho inferior” e toda a absorção faz-se em único trecho com
,
. Usa-se então apenas
Resposta
A altura de recheio necessária é aproximadamente
,m.