Resolução de Problema de Absorção em Torre Empacotada
Introdução
Este é um problema clássico de transferência de massa envolvendo absorção gasosa em torre empacotada. Vamos calcular a quantidade de solvente líquido necessária para remover o poluente volátil (PO) do fluxo gasoso.
Dados do Problema
| Parâmetro | Valor |
|---|
| Concentração entrada gás (Y₁) | 0,04 mol/mol |
| Concentração saída gás (Y₂) | 0,002 mol/mol |
| Concentração entrada líquido (X₂) | 0 (solvente puro) |
| Lei de Henry | X = 4,3Y |
| Relação de operação | L = 1,5 × Lmin |
Desenvolvimento
1. Balanço de Massa Molar
Para coluna de absorção em regime estacionário:
G(Y_1 - Y_2) = L(X_1 - X_2)
Onde:
- G = vazão molar do gás
- L = vazão molar do líquido
- Y = fração molar na fase gasosa
- X = fração molar na fase líquida
2. Cálculo do Líquido Mínimo (Lmin)
No fluxo mínimo, o líquido de saída está em equilíbrio com o gás de entrada (ponto mais desafiador da separação):
X_{1,min} = \frac{Y_1}{4,3} = \frac{0,04}{4,3} = 0,0093
Aplicando ao balanço de massa para Lmin:
\frac{L_{min}}{G} = \frac{Y_1 - Y_2}{X_{1,min} - X_2} = \frac{0,04 - 0,002}{0,0093 - 0} = \frac{0,038}{0,0093} = 4,086
3. Cálculo do Fluxo Real de Líquido
Como o processo opera com 1,5 vezes o mínimo:
\frac{L}{G} = 1,5 \times 4,086 = 6,129
4. Concentração de Saída do Líquido
Com o fluxo real determinado, a concentração de saída do líquido será:
X_1 = X_2 + \frac{G}{L}(Y_1 - Y_2) = 0 + \frac{1}{6,129}(0,038) = 0,0062
## Análise
- Lei de Henry: Relaciona concentrações nas duas fases em equilíbrio (X = 4,3Y)
- Contra-corrente: Maximiza a força motriz para transferência de massa
- Mínimo teórico: Representa o limite físico abaixo do qual a separação não ocorre
- Fator de segurança: 1,5× Lmin garante operação viável considerando eficiência da torre
- Relação L/G: Indica quantos mols de líquido são necessários por mol de gás tratado
Conclusão
A quantidade de efluente líquido usada é 6,13 vezes a vazão molar do gás (L/G = 6,13).
Se considerarmos uma vazão de gás específica de G mols/hora, então o efluente líquido será aproximadamente 6,13G mols/hora.