(Para todas as questões, as hipóteses adotadas devem ser mencionadas)
Uma coluna vertical de
contém amônia e ar seco em condições de contradifusão equimolar. A concentração total se mantém constante e igual a
. O topo da coluna contém
de amônia, enquanto a base está saturada com amônia a uma concentração de 0,25
. A difusividade da amônia em ar é de
. Indique o fluxo molar de amônia
, o fluxo molar de ar
e a concentração de ar a uma altura de
da base da coluna.
Formulário:
Difusão em coordenadas cilindricas e esféricas
Lei de Fick
Uma coluna vertical de
Formulário:
Difusão em coordenadas cilindricas e esféricas
Passo 1
Beleza, o exercício fala de uma coluna vertical de comprimento
onde amônia (espécie A) e ar seco (espécie B) se difundem em contrafluxo, mantendo sempre a concentração total constante em
No topo (z = 0,20 m) a fração molar de A é 10 %, logo
Na base (z=0) a amônia está “saturada” em
A difusividade é
O que queremos:
- Fluxo molar de amônia
. - Fluxo molar de ar
. - 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
Como não há variação de difusividade ou área,
é linear entre os pontos conhecidos.
Passo 3
Calcular o gradiente de concentração de A. Tomando
na base e
no topo,
Então
Passo 4
Em condição de contrafluxo equimolar temos energia sem vazamento de massa total, ou seja
Passo 5
Para achar
a
, primeiro calculamos
Como
,