Questão 4. (2,0 pts) Em um experimento de transferência de massa, deseja-se determinar o fluxo de gases através de uma membrana sólida de 1 cm de espessura. Oxigênio e nitrogênio foram avaliados separadamente nesse experimento. Os gases foram mantidos a pressões de 1,5 bar e 0,5 bar nos lados opostos da membrana. Utilizando os dados abaixo, determine os fluxos molares de oxigênio e nitrogênio e as concentrações molares dos dois gases em ambos os lados da membrana.
Coeficiente de difusão do oxigênio no sólido:
Solubilidade do oxigênio no sólido:
bar
Coeficiente de difusão do nitrogênio no sólido:
Solubilidade do oxigênio no sólido:
bar
Temperatura ambiente
Constante dos gases:
bar/Kmol K
Solubilidade do oxigênio no sólido:
Coeficiente de difusão do nitrogênio no sólido:
Solubilidade do oxigênio no sólido:
Temperatura ambiente
Constante dos gases:
Passo 1
O enunciado trata de difusão estacionária de um gás através de uma membrana sólida de espessura
. Para cada gás temos:
– Coeficiente de difusão no sólido.
– Solubilidade no sólido (Henry), que relaciona a concentração no sólido
com a pressão
do gás:
– Coeficiente de difusão
– Solubilidade
As pressões em cada face da membrana são
e
. Vamos usar a Lei de Fick em regime estacionário e Henry.
Passo 2
Calcular as concentrações no sólido em cada face pela lei de Henry:
Para o oxigênio :
Para o oxigênio
Para o nitrogênio
:
Passo 3
Aplicar a Lei de Fick para fluxo molar
(em kmol/
·s) em regime estacionário unidimensional:
Tomamos o módulo (sentido do fluxo do lado de maior concentração para o menor).
Passo 4
Fluxo de oxigênio
:
Passo 5
Fluxo de nitrogênio
:
Resposta
Oxigênio:
Concentrações no sólido em cada face:
Concentrações no sólido em cada face:
Fluxo molar:
Nitrogênio:
Concentrações no sólido em cada face:
Concentrações no sólido em cada face:
Fluxo molar: