Deseja-se remover o amoníaco de uma mistura a
de ar e amónia, mediante a lavagem com água, numa torre recheada com anéis de Raschig de 1 in. Qual deve ser a altura da torre para que se removam 99,9% da amônia afluente? A taxa do gás afluente é de
enquanto a da água é
, ambas a
.
Passo 1
Resumindo: queremos absorver amônia de um gás que contém
de amônia usando água em contracorrente numa torre recheada com anéis de Raschig de 1 in. Os dados operacionais são as velocidades de massa do gás e do líquido (
e
) a
. Precisamos calcular a altura da torre para remover
da amônia. Para isso, usaríamos o método dos diferenciais de material aplicados à coluna absorvedora, que leva aos conceitos de coeficiente global de transferência de massa, área específica do recheio e número de unidades de transferência de massa (NTU) e altura de unidade de transferência (HTU).
Passo 2
Identificar as informações que a fórmula de dimensionamento exige:
- Equilíbrio gás–líquido (constante de Henry ou coeficiente de partição
). - Coeficiente global de massa
(ou ) vezes a área específica do recheio (HTU). - Taxas de fluxo de gás e líquido por área transversal (
, ). - Grau de remoção desejado (a fração que sai no topo em relação ao que entrou).
Passo 3
Escrever a equação integral geral para altura da torre:
onde
é a fração mássica (ou molar) de amônia no gás,
é o valor de equilíbrio correspondente à fração
no líquido. Em regime contracorrente, trocamos a variável de integração por
.
Passo 4
Definir os extremos de integração conforme o grau de remoção
:
-
(fração de amônia no gás que entra), -
.
Passo 5
Expressar o equilíbrio gás–líquido via Henry:
onde
é a constante de Henry a
. Sem esse valor (ou sem curva experimental de equilíbrio), não podemos relacionar diretamente
e
.
Passo 6
Identificar HTU e NTU:
Então
Passo 7
Concluir que, para obter o valor numérico da altura
, são absolutamente necessários:
- o valor da constante de Henry
(ou curva de equilíbrio amônia–água a ), - o coeficiente global de transferência de massa
e a área específica dos anéis de Raschig de 1 in (ou seja, ).
Resposta
Não é possível calcular a altura da torre sem os dados de equilíbrio (constante de Henry
) e sem o coeficiente global de transferência de massa vezes área específica (
) para os anéis de Raschig a
.