(Para todas as questões, as hipóteses adotadas devem ser mencionadas)
Uma coluna vertical de 0,2 m contém amônia e ar seco em condições de contradifusão equimolar. A concentração total se mantém constante e igual a 0,3 mol / m^3. O topo da coluna contém 10 % de amônia, enquanto a base está saturada com amônia a uma concentração de 0,25 mol / m^3. A difusividade da amônia em ar é de DAB =1,8 times 10^-5 m^2 / s. Indique o fluxo molar de amônia (JA), o fluxo molar de ar (JB) e a concentração de ar a uma altura de 0,1 m da base da coluna.
Formulário:
Difusão em coordenadas cilindricas e esféricas
c dotm dii, A, cil =2 pi L rho DA B wA, 1-wA, 2ln (r2 / r1)=2 pi L DA B rhoA, 1-rhoA, 2ln (r2 / r1) dotn diit A, esf =4 pi r1 r2 rho DA B wA, 1-wA, 2r2-r1=4 pi r1 r2 DA B rhoA, 1-rhoA, 2r2-r1
Lei de Fick
l JA =-DA B d CAd z
c dotNA=DA B PL RA T ln P-PA, LP-PA, 0 1-yA1-yA, 0=(1-yA, L1-yA, 0)^ sh
=8.3145 J cdot mol^-1 cdot K^-1

Passo 1

Beleza, o exercício fala de uma coluna vertical de comprimento Ctotal = CA + CB = 0,30;mol/m^3 onde amônia (espécie A) e ar seco (espécie B) se difundem em contrafluxo, mantendo sempre a concentração total constante em
CA,top = 0,10 times 0,30 = 0,03;mol/m^3
No topo (z = 0,20 m) a fração molar de A é 10 %, logo
DAB=1,8times10^-5;m^2/s
Na base (z=0) a amônia está “saturada” em A difusividade é
O que queremos:
  1. Fluxo molar de amônia .
  2. Fluxo molar de ar .
  3. Concentração de ar em .
Para isso vamos usar a Lei de Fick 1D em regime permanente e assumir perfil linear de .

Passo 2

Teoria rápida de Fick: em regime estacionário e 1D, o fluxo molar de A é
JA ;=;-,DAB,dCAdz
Como não há variação de difusividade ou área, é linear entre os pontos conhecidos.

Passo 3

Calcular o gradiente de concentração de A. Tomando dCAdz =CA,top-CA,baseL =0,03-0,250,20 =-1,10;mol/(m^4) na base e JA = -,DAB,dCAdz =-,(1,8times10^-5)times(-1,10) =1,98times10^-5;mol/(m^2,s) no topo,
Então

Passo 4

Em condição de contrafluxo equimolar temos energia sem vazamento de massa total, ou seja
JA + JB = 0 Longrightarrow JB = -,JA = -,1,98times10^-5;mol/(m^2,s)

Passo 5

Para achar CA(0,1) =CA,base + dCAdztimes 0,1 =0,25 + (-1,10)times0,1 =0,14;mol/m^3 a CB(0,1) =0,30 - 0,14 =0,16;mol/m^3 , primeiro calculamos
Como ,

Resposta

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