Questão 9)
Calcule o coeficiente de difusão efetivo para nitrogênio difundindo através de dióxido de carbono em pellets de alumina (dados nas notas de aula) a 298 K e 1 atm . Nesta partícula, a difusão de efetiva Knudsen representa qual fração do coeficiente de difusão efetivo total?
Passo 1
Vamos recapitular o que a questão pede e o que vamos usar. Temos nitrogênio se difundindo através de dióxido de carbono em pellets de alumina a
e
. Precisamos:
– do coeficiente de difusão molecular de N
em CO
(vamos usar a correlação de Fuller);
– do coeficiente de difusão de Knudsen nas poros do catalisador;
– do coeficiente efetivo total considerando porosidade
e tortuosidade
;
– da fração da contribuição de Knudsen para a difusão (isto é, quanto da “resistência” total é devido a Knudsen).
– do coeficiente de difusão molecular
– do coeficiente de difusão de Knudsen
– do coeficiente efetivo total
– da fração da contribuição de Knudsen para a difusão (isto é, quanto da “resistência” total é devido a Knudsen).
Para os pellets de alumina tomamos os dados típicos (retirados das notas de aula):
,
, diâmetro médio de poro
(logo,
).
Passo 2
Cálculo de
(Fuller). A correlação é
com
em K,
em atm, massas molares em g/mol e volumes molares de Fuller em
. Para N
–CO
em
,
obtém-se numericamente
Passo 3
Cálculo de
. A expressão de Knudsen em um poro capilar é
com
,
,
e
. Logo
Passo 4
Cálculo dos coeficientes efetivos no interior do pellet:
Passo 5
Combinação das resistências (Bosanquet, ou seja, somamos 1/
):
Passo 6
A fração da resistência total de difusão devida à Knudsen é
ou seja, cerca de 92 % da resistência total vem da difusão de Knudsen.
Resposta
Coeficiente efetivo total
e a difusão de Knudsen corresponde a aproximadamente 92 % da resistência total (é o mecanismo dominante).