Trabalho Dirigido
O resíduo de um determinado processo é constituído por uma mistura com 1% molar de gás sulfídrico (H2S) em ar. Para que possa ser enviada à atmosfera. Essa corrente deve ser reduzida a 100 ppm em volume. Como solvente será empregado um composto puro numa vazão 1,2 vezes maior que a mínima possível para o processo.
Sabendo que a vazão do resíduo que alimenta a coluna é de 1000 kg/(m2.h) e que os internos do equipamento são anéis de Rasching de uma polegada. Determine a altura dessa coluna. A operação deve ser feita a 20 OC e pressão de 1 atm (constante ao longo do equipamento).
Dados:
HA=4,89 atm (constante de Henry para a solubilidade do H 2 S em ar )
HL=0,15 m (altura da unidade de transferência para a resistência do lado líquido);
Número de Schmidt para a corrente gasosa: Sc=1 (H2S em ar)
Massa molar da corrente líquida =18 Kg / Kgmol
Massa molar da corrente gasosa =29 Kh / Kgmol

Passo 1

O enunciado trata do projeto de uma coluna de absorção para reduzir a fração molar de H2S de y1=1% (ou 0,01) em ar até y2=100 ppm volume (ou 0,0001), usando um solvente puro com vazão L=1,2,Lmin. A alimentação de gás é dada como fluxo de massa superficial de 1000,kg/( m^2 cdoth). Vamos precisar de balanço de matéria e da teoria de unidades de transferência de massa (HTU–NTU), adotando controle pela resistência líquida (dado HL) e constante de Henry HA.

Passo 2

Calcular a vazão molar de gás por área. Primeiro a densidade do gás à 20,ºC e 1,atm via ideal:
rhog = P,MgR,T = 1,atmtimes29,kg/kmol0,08206,atmcdot m^3/(kmolcdot K)times293,K approx 1,205;kg/m^3
A vazão volumétrica superficial é
v = 1000rhog approx 830;m^3/(m^2cdoth),
logo a vazão molar por área é
G = v24,05 approx 83024,05 approx 34,51;kmol/(m^2cdoth)

Passo 3

Determinar a vazão líquida mínima Lmin por balanço global, lembrando que o líquido entra sem H2S ( x0=0) e que em Lmin o líquido sai em equilíbrio com o gás de entrada ( xe=y1/m). Assim
Lmin =G,(y1-y2)xe - x0 =G,(y1-y2)y1/m =m,G,y1-y2y1

Passo 4

Como L=1,2,Lmin, temos
L=1,2,m,G,y1-y2y1

Passo 5

A constante de Henry relaciona a fração molar no líquido x com a fração no gás y via ,x=y/m, em que
m=PHA=1;atm4,89;atmapprox0,2045

Passo 6

Definir o fator de absorção adimensional
B=m,GL ;;Longrightarrow;; B=m,G1,2,m,G,y1-y2y1 =y11,2,(y1-y2) approx0,8418

Passo 7

Usando HTU–NTU pelo lado líquido (resistência líquida dominante), o comprimento da coluna é
H =integraly2^y1HL;d yy - m,x com x=GL(y1-y)
Fazendo a integração fechada, obtém-se
H =HL1+B, ln!gl((1+B),y1y2 + B,(y1-y2)gr)

Passo 8

Substituindo valores numéricos:
HL=0,15;m, y1=0,01, y2=0,0001, B=0,8418,
H =0,151+0,8418 ln!gl(1,8418times0,010,0001 +0,8418times(0,01-0,0001)gr) approx0,078;m

Resposta

A altura da coluna é aproximadamente 0,08,m.

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