[ 3,0 pontos] Uma célula de Amold é usada para determinar a difusi vidade do benzeno em ar a 308 K e 1 bar. O tubo de 20 cm de altura, com diâmetro interno de 1 cm , é inicialmente preenchido com benzeno líquido e puro até uma altura de 1 cm da base do tubo. Ambos o tubo e o líquido são mantidos a temperatura constante de 308 K . Nesta temperatura, a pressão de vapor do benzeno (
) é de 0,197 bar.
O ar é continuamente removido da parte superior do tubo, desta forma, todo vapor de benzeno produzido é retirado. Considere que o gás dentro do tubo está estagnado e que a na temperatura apresentada a densidade do benzeno liquido é
. Determinou-se que 72 h foram necessárias para a completa evaporação do benzeno. Calcule:
a) O coeficiente binário da difusão para o par benzeno/ar utilizando os dados fornecidos pelo experimento da célula de Arnold.
Dados:
b) Qual seria a difusividade do Benzeno a 278 K empregando a correlação de Hirschfelder.
.
O ar é continuamente removido da parte superior do tubo, desta forma, todo vapor de benzeno produzido é retirado. Considere que o gás dentro do tubo está estagnado e que a na temperatura apresentada a densidade do benzeno liquido é
a) O coeficiente binário da difusão para o par benzeno/ar utilizando os dados fornecidos pelo experimento da célula de Arnold.
b) Qual seria a difusividade do Benzeno a 278 K empregando a correlação de Hirschfelder.
Passo 1
O enunciado descreve um experimento tipo “célula de Arnold” em que benzene líquido evapora em um tubo vertical de comprimento total
,m e diâmetro interno
,m, estando inicialmente preenchido com líquido até
,m de altura. O vapor difunde através de ar estagnado no espaço restante (
,m) e é removido no topo. Em 72 h todo o benzene evapora. Queremos calcular o coeficiente de difusão binária
a 308 K e 1 bar usando a equação de difusão em meio estagnado, e depois estimar
a 278 K pela correlação de Hirschfelder (
).
Passo 2
Calculamos a massa total de benzene evaporada e o fluxo molar por área.
A área da seção é
A área da seção é
O volume de líquido é
Com densidade
,kg/m
, a massa total é
Evapora em
,h
,s, logo a vazão mássica é
Em mol/s, usando MM
,kg/mol,
e o fluxo molar por área é
Passo 3
Para difusão em meio estagnado (“Stefan flow” desprezado), a lei integrada de Fick dá
onde
,
, e
Como
, obtemos
Passo 4
Substituindo
,mol/m
/s,
,J/mol·K,
,K,
,m,
,Pa:
Passo 5
Pela correlação de Hirschfelder assume-se
Mantendo
,bar fixo, a difusividade a
,K é
Passo 6
Calculando o fator
, obtemos
Resposta
a)
b)
b)