Uma torre de
de diâmetro é utilizada para a absorção de um certo contaminante A. 1.000 kgmols
de gás, contendo
em mols do soluto, alimentam a base da coluna onde
de A é absorvido pela corrente líquida, que é inserida isenta de soluto no topo da torre. Verificou-se que a relação entre as vazões líquida e gasosa de inertes é igual a 1,4 vezes a relação mínima entre tais correntes. Visto a torre operar a temperatura e pressão constantes, os coeficientes volumétricos individuais de transferência de massa podem ser considerados constantes, sendo o coeficiente volumétrico individual da fase gasosa igual a
e a resistência nessa fase igual a
da global. Considerando a igualdade entre as frações de equilíbrio de A distribuídas nas fases G e L, determine a altura efetiva da coluna. ()
Nota: acompanhe a resolução deste problema no capítulo 11 do Cremasco (Exemplo 11.4)
Passo 1
O enunciado trata de absorção de um soluto A em uma torre de diâmetro
, operando a vazões molares constantes: gás
com fração molar de A na alimentação
, e líquido puro (
) no topo. Foi absorvido
de A, logo a fração molar no gás que sai no topo é
O problema pede a altura efetiva
da coluna, usando os coeficientes volumétricos de transferência de massa e a relação entre as vazões líquida e gasosa de inertes, que é
vezes a relação mínima. Vamos aplicar o método dos “transfer units” (NTU–HTU) para absorção com equilíbrio linear (
).
Passo 2
Determinar o coeficiente global de transferência de massa na fase gasosa,
. Sabe-se que o coeficiente volumétrico individual da fase gasosa é
e que a resistência gasosa corresponde a
da resistência global. Como
e
, vem
Passo 3
Calcular a altura de unidade de transferência (HTU) para a fase gasosa:
onde
é a vazão molar de gás por área da coluna. A área é
então
e portanto
Passo 4
Determinar a vazão molar de líquido
a partir da relação com os inertes. A vazão de inertes no gás é
A relação mínima
para atingir
, em equilíbrio linear (
,
), é
Como a relação real é
vezes a mínima, temos
Passo 5
Determinar a fração molar de A no líquido que sai na base (
) por balanço de matéria do soluto:
Passo 6
Calcular o número de unidades de transferência (NTU) para absorção com equilíbrio linear (
,
):
Passo 7
Finalmente, a altura efetiva
da coluna é
Resposta
A altura efetiva da coluna é aproximadamente