Absorção e Dessorção

8/11/2019 Absoro e Dessoro

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ABSORO e DESSORO

Albrights Chemical Engineering Handbook,James R. Fair

Traduo : Francisco de Assis Bertini Moraes, MSc.

Engenheiro Qumico, Professor UNIFAE e FMPFM

([email protected])

CONTEDO

13.1 Introduco...........................................................................................................................03

13.1.1 Funes de Absoro e Dessoro ................................................................................... 03

13.1.2 Aplicaes Comerciais ......................................................................................................03

13.1.3 Solubilidade e Equilbrio de Fases .....................................................................................06

13.1.3.1 Fontes de dados de solubilidade ...................................................................................07

13.1.3.2 Solubilidades multicomponentes ..................................................................................07

13.1.3.3 Representao Grfica de solubilidade .........................................................................08

13.1.4 Seleo de Solvente..........................................................................................................09

13.1.5 Estgios Tericos / Unidades de Transferncia .................................................................09

13.2 Placa Columns......................................................................................................................10

13.2.1 Absoro Stages................................................................................................................11

13.2.1.1 Mltiplas solutos ...........................................................................................................14

13.2.1.2 Alimentaes Concentradas ..........................................................................................15

13.2.1.3 Taxa mnima de solvente................................................................................................17

13.2.1.4 Efeitos calor ............................................. .....................................................................17

13.2.2 Estgios de dessoro.......................................................................................................17

13.2.2.1 Taxa mnima de gs dessorvido......................................................................................20

Projeto de Equipamento..............................................................................................................21

13.2.2.2 Capacidade e Coluna Dimetro .....................................................................................22

13.2.2.3 Queda de Presso ..........................................................................................................25

13.2.3 Stage Efficiency.................................................................................................................27

13.3 Colunas de Recheio .............................................................................................................28


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13.3.1 Unidades de Transferncia ...............................................................................................28

13.3.2 Nmero de Unidades de Transferncia ........................................... ................................29

13.3.3 Alturas de unidades de transferncia ...............................................................................29

13.3.4 Alturas de estgios tericos ..............................................................................................30

13.3.5 Design de Equipamento ...................................................................................................30

13.3.6 Caractersticas dos recheios e leitos..... ............................................................................32

13.3.7 Capacidade mxima de gs / lquido .................................................................................34

13.3.8 Queda de Presso .............................................................................................................36

13.3.9 Distribuio de lquidos e Redistribuio ......................................................................... 37

13.3.10 Transferncia de Massa ..................................................................................................37

13.4 Outros Dispositivos .............................................................................................................4213.4.1 Cmara Spray................................................................................................................42

13.4.2 Crossflow Scrubber...........................................................................................................42

13.4.3 Venturi Scrubber...............................................................................................................42

13,5 Stripping Vapor ...................................................................................................................42

13,6 Chemical Absorption............................................................................................................45

13.6.1 Abordagem Computacional ............................................. ................................................45

13,7 Summary..............................................................................................................................4813,8 Nomenclature......................................................................................................................48

13.8.1 letras gregas .....................................................................................................................50

13.8.2 Subscripts.........................................................................................................................50

Referncias .................................................................................................................................50


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13.1 INTRODUO

13.1.1 FUNES DA ABSORO E DESSORO

Absoro e Dessoro so processos de contrapartida utilizados nas indstrias de processo paraa separao gs ou misturas de lquidos. Suas funes so geralmente de dois tipos:recuperao um ou mais componentes a partir da mistura ou purificao da mistura paraatender s especificaes ou normas. Na absoro, uma mistura de gs posto em contactocom um lquido adequado solvente para remover um ou mais, preferencialmente oscomponentes da mistura a partir da fase gasosa. Por outro lado, na decapagem, uma misturalquida contactado pela um adequado descascamento gs para remover preferencialmenteum ou mais componentes da fase lquida.

Na prtica, a absoro e remoo so muitas vezes os processos de acoplamento, comomostrado mais adiante. Ambos os processos envolver o contacto gs-lquido, em geral, emtorres verticais, cilndricas chamados absorvedores ou strippers .

Processos deste tipo distinguem-se entre a absoro fsica e qumica ou extraco.

Por processos fsicos, a transferncia do soluto entre as fases por mecanismos fsicos semquaisquer reaces qumicas. Para os processos qumicos, o soluto reage com um componentedo solvente, resultando num aumento da capacidade do solvente para o soluto. Por outro lado,s vezes tirando rompe as ligaes qumicas entre soluto e solvente.

13.1.2 APLICAES COMERCIAIS

A absoro frequentemente utilizado para purificar um fluxo de gs; um nome alternativo daoperao SCRUBING.

Ar contaminado, por exemplo, pode ser purificado por lavagem os contaminantes com um

selectiva solvente. Outro exemplo a remoo de enxofre e dixido de carbono do gs naturala utilizao de solventes tais como alcanolaminas. medida que os solutos esto a serremovidos do gs, o solvente torna-se mais rico nestes materiais. Para purificar o solvente parareutilizao, necessrio decapagem. Os contaminantes so removido a partir do lquido poraco de um gs de extraco. O diagrama de fluxo geral para este acoplado operao mostrada na Figura 13.1. Este processo til para reduzir o nvel de gases poluentes. Aplicaescomerciais representativas de absoro fsica e qumica so mostrados na Tabela 13.1.

Nem todas as absores e nata so to simples como indicado na Figura 13.1. absoro podeser usado para produzir um produto, por exemplo, para a absoro de xidos de azoto em guapara formar cido ntrico. Ou a absoro pode ser utilizado para recuperar os produtos valiosos,tais como propanos e butanos a partir do gs natural. E remoo pode ser uma operao de

passagem nica, tal como a remoo de volteis compostos orgnicos (COV) de guassubterrneas utilizando o ar atmosfrico para o meio de separao.

Diagramas de fluxo para absoro representativa e processos de extraco so mostrados nasFiguras 13.2 e 13,3. Na Figura 13.2, acetona limpo de ar para atender a uma especificao dear de sada. A acetona transfere para a fase de gua, e o solvente rico flui para uma coluna dedestilao em que a acetona recuperado em elevado grau de pureza e a gua reciclada parao absorvedor. Na Figura 13.3, tricloroetileno (TCE) retirado da gua subterrnea por via area,com a descarga de stripper que flui atravs um leito de carvo, em que o TCE adsorvido.

Obviamente, um solvente deve ser encontrado que tem uma afinidade para o componente (s)a ser absorvida, e o meio de separao deve ser tal que a ligao fsica ou qumica entre o soluto


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e solvente pode ser facilmente quebrado. Esta afinidade ou solubilidade, uma consideraocrucial na concepo de sistemas de absoro / remoo, como discutido a seguir.

FIGURA 13.1 - Diagrama de fluxo tpico para uma unidade de extraco absoro acoplada .Porque o solvente flui numa circuito fechado, subsdio feito para perdas ("maquiagem"), bemcomo a remoo de impurezas acumuladas ("Limpeza"). Um permutador de calor mostrada asugerir a necessidade de remover o calor da soluo no absorvedor.

TABELA 13.1 - Aplicaes Comerciais representativas de Absoro

Soluto Solvente Tipo de AbsoroAcetona gua FsicaAmnia gua FsicaFormaldedo gua FsicaO cido clordrico gua FsicaTrixido de enxofre gua FsicaBenzeno e tolueno leo hidrocarboneto FsicaButanos e propano leo hidrocarboneto FsicaO dixido de carbono Aq. NaOH qumica irreversvelO cido clordrico Aq. NaOH qumica irreversvelO cloro gua qumica reversvelO monxido de carbono Aq. sais de amnio cuprosos qumica reversvelO dixido de carbono Aq. etanolamina qumica reversvelO sulfeto de hidrognio Aq. etanolamina qumica reversvelOs xidos de nitrognio gua qumica reversvel


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FIGURA 13.2 Sistema para dessoro da acetona do ar, usando a circulao de solvente. guaou um lquido orgnico no voltil pode ser usado como solvente.

FIGURE 13.3Sistema de remoo de compostos orgnicos volteis (VOCs) de gua de poos,

pela dessoro com ar atmosfrico. O gs de sada contm VOCs e deve ser purificado por umfluxo atravs de uma coluna de carvo ativado.


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13.1.3 SOLUBILIDADE E EQUILBRIO DE FASE

Se um absorvedor deve ser projetado para o servio eficiente e econmica, o solvente escolhidodeve tm uma afinidade especial para o um ou mais componentes da mistura de gs que estoa ser selectivamente removido. Em outras palavras, um grau de solubilidade necessria. Dadosde solubilidade, que se referem a soluto, o solvente, as concentraes e as condies de

temperatura e presso, pode ser encontrada em vrias compndios e artigos de revistas. Nopassado, era comum para relatar solubilidade como Bunsen coeficiente de solubilidade :

(13.1)

Uma variao deste termo mais antigo o coeficiente de Ostwald, o qual utiliza o volume de gs

em actualconditions em vez de, em condies normalizadas.) Em uso geral hoje o Coeficiente

de lei de Henry, H:

(13.2)Um termo relacionado, amplamente utilizada nos clculos de destilao e absoro, a relaode equilbrio, K:

(13.3)onde o asterisco indica um estado de equilbrio. Para certos clculos de absoro / extraco,de um valor de K modificado ser utilizado:

(13.4)O gs livre de soluto s vezes chamado de "gs de transporte."Para as solues no ideais geralmente encontradas na absoro / extraco problemas, o valorKi pode ser expressa como se segue:

(13.5)Onde i o coeficiente de actividade da fase lquida para i no solvente, psat a presso de vaporde i, e P a presso total. Em muitos casos, especialmente aqueles que lidam com solues

diludas, o valor de i se aproxima do infinito termodinamicamente importante i coeficiente dediluio.Mais importante ainda, as equaes (13.1) a (13.3) so baseadas em equilbrio termodinmico.Uma discusso mais aprofundada da relao de equilbrio e sua base encontrada no captulo12, "destilao", deste manual. Note-se que a relao simples

(13.6)Onde P a presso total, esta pode ser til em estudos de solubilidade causa da grandequantidade de trabalho e de dados de referncia no valor de K. preciso ter cuidado com asunidades, especialmente na utilizao de dados de vrias fontes. Nas sees seguintes, o valor

K sero utilizados, em alguns casos com razo molar [Equao (13,4)].


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3.1.3.1 FONTES DE DADOS DE SOLUBILIDADE

Para solubilidade de vrios elementos e compostos em gua, existem muitas referncias, masapenas um poucos so mencionados aqui. Hwang et al. (1) forneceram dados para 404poluentes orgnicos comuns em 1,0 atm e temperaturas entre 25 e 100C, os ltimos valores

que so teis para a remoo de vapor. Seus dados so para condies de baixa concentrao,o caso usual para os compostos orgnicos pouco solveis.Para os casos em que no existem dados experimentais, o modelo preditivo UNIFAC, (2)discutido no Captulo 12 recomendado.Problema 13.1A acetona para ser limpo de ar seco em gua a 30C e 1,0 atm. A concentrao de acetona 2,60% por volume. Para o estado de equilbrio termodinmico, calcular o seguinte:(a) Coeficiente de lei do Henry(b) A relao de equilbrio, K(c) O coeficiente de atividade da fase lquida(d) O coeficiente de Bunsen.

Dados :Pesos moleculares: acetona = 58, ar = 29, gua = 18Presses de vapor a 30 C: acetona = 283 milmetros Hg, gua = 31,8 milmetros HgDe acordo com as medies de Othmer et al., (17) uma presso parcial de acetona = 760 (0.025)= 19,0 milmetros de Hg, a composio de equilbrio acetona no lquido de 0,010% molar.Assim,(a) H = 19/0.01 = 1900 mmHg / m.f. = 2,5 atm / m.f.(b) K valor = 0.025/0.010 = 2.50 [H = Ki P = 2,50 (760) = 1900 mm / m.f.](c) Uma vez que K = psat/ P , ento = 2,5 (760) / 284 = 6,72(d) Coeficiente de Bunsen [Equao (13.1)]. Base 1.0 mol equil. lquido. Moles acetona = 0,025.Vol. acetona a STP = 22.400 (0.025) = 560 centmetrosVol. gua = 18 (0.0975) = 1.755/1.00 = 1.755.Por isso 1= 560 / (1,755 x 19/760) = 12760 mm ou 16,8 atm

Bouba e colegas de trabalho (3) apresentaram muitas compilaes e correlaes de dados desolubilidade, por exemplo, hidrocarbonetos na gua. Esto disponveis mtodos para estimarasolubilidade de gases em lquidos orgnicos (4-6). E compndios especiais incluem os da sriede dados solubilidade, (7) Seidell e colegas de trabalho, (8-10) e Dack (11). Extensas revisesforam fornecidas por Markham e Kobe, (12) Longo e McDevit, (13) Battino e inteligente, (14)Wilhelm e Battino, (15) e Wilhelm et al., (16) entre outros. Muitas vezes, os dados geralmenteassociados com o equilbrio vapor-lquido em destilao pode ser utilizado. Finalmente, vriosmanuais conter alguns dados de solubilidade teis.

13.1.3.2 SOLUBILIDADES PARA SISTEMAS MULTICOMPONENTES

O caso mais simples de absoro e de extraco a remoo de um nico componente a partirda segunda componente de uma mistura binria. Isto significa, no entanto, que a solubilidadedo outro componente deve tambm ser considerado. No Problema 13.1, a suposio tcita deque o ar foi feito (o segundo componente) insolvel em gua. Em muitas situaes, existeuma mistura de solubilidades variadas para ser removido da absoro, ou a presso de vaporeficaz variando a ser dessorvido. Assim, solubilidade relativa deve ser considerada. Paramisturas diludas onde o componente maioria no est sendo absorvida ou despojado, a misturacomponentes podem ser geralmente consideradas para se comportar como entidadesindividuais sujeitos a sua indivduo solubilidades. Assim, para uma mistura de 1000 ppm detricloroetileno-vol e 500 ppm vol-percloroetileno a solubilidade de cada um deles pode ser


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determinado como se a outra est ausente. Em geral, para vrias componentes de solubilidadevarivel, a solubilidade relativa

'i ... n = Ki / Kj ... n (13.7)

3.1.3.3 REPRESENTAO GRFICA DA SOLUBILIDADE

A composio de equilbrio de um componente no gs frequentemente representadosgraficamente em relao ao equilbrio concentrao do mesmo componente no lquido, a umatemperatura constante. Figura 13.4 um grfico de solubilidade de tricloroetileno (TCE) epercloroetileno (PCE) em gua a 21 C. A Hi Os valores so H TCE = 6,753 e H PCE = 61790. Ovalor mais elevado significa que PCE menos solvel do que TCE. No 1.0 atm presso total, osvalores numricos de K e H so os mesmos. Os grficos, como Figura 13.4, so teis paradeterminar os requisitos de separao em termos de etapas ou unidades de transferncia. Umaforma alternativa de plotagem, til para clculos de palco, o YX diagrama, onde Y representa

a relao entre os moles soluto por mole de gs livre de soluto, e X representa a razo de molespor mole de soluto solvente livre de soluto. Para os clculos de transferncia de massa, o simplestrama fraco molar, y *-x, conveniente, como discutido mais tarde. Para os casos de gasesconcentrados, particularmente em que os efeitos de calor pode ser significativo, parcelasmostrando os efeitos da temperatura (por exemplo, a Figura 13.5) pode ser necessrios.

Figura 13.4 Solubilidade de tricloroetileno (TCE) e percloroetileno (PCE) em gua a 21 C.O PCE muito menos solvel, o que requer uma relativamente alta presso parcial paraconseguir um molar dada fraco lquida concentrao.Absoro e Dessoro 1080


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FIGURA 13.5 Solubilidade de amnia na gua a partir de misturas de amnia com arcondicionado. As linhas tracejadas indicam a declive das linhas perto da origem. [Perry, RH (ed.),1985.Manual do Engenheiro Qumico, 5 ed., New York:. McGraw-Hill]

3.1.4 SELEO DE SOLVENTES

Como discutido imediatamente acima, um critrio importante para a seleo de solvente solubilidade. o solvente deve acomodar uma quantidade razovel de espcie a ser removido apartir do gs, enquanto mantendo a selectividade entre o soluto (s) e um gs de transporte.Quando o transportador ar ou um material inerte gs, que fcil para designar soluto vstransportador; em outros casos, uma questo de solubilidade relativa.Outros critrios para a seleco do solvente incluem o seguinte:1. Disponibilidade e custo2. Volatilidade (maior volatilidade pode contaminar o gs de sada absorvente)3. Estabilidade, especialmente em sistemas de recirculao4. Corrosividade5. Facilidade de descascamento6. Convenincia da eliminao7. Grau de perigo para os seres humanos e o meio ambiente

13.1.5 ESTGIOS TERIOS E UNIDADES DE TRANSFERNCIA

Na concepo de um absorvedor ou de dessorvedor, deve-se verificar algum ndice de"dificuldade de separao." Tal como no caso de separaes por destilao, este ndice tanto


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o nmero necessrio de terico de estgios ou o nmero necessrio de unidades detransferncia. Esses parmetros so intercambiveis, com estgios muitas vezes usado paracolunas de pratos e unidades de transferncia para colunas empacotadas.Para maiorcomodidade no manuseio do sistema hidrulico associado e de transferncia de massa clculos,o restante deste captulo dividido em trs partes: "COLUNAS DE PRATOS", "COLUNAS DE

RECHEIOS "e" DISPOSITIVOS ESPECIAIS ".

13.2 COLUNAS DE PRATOS

Colunas de pratos so vasos verticais, geralmente circular em seco transversal, que contmuma multiplicidade de placas que trazem o gs e lquido em contato ntimo. Estas colunas soas mesmas que as usadas para destilao. A maioria das placas esto ligados por tubos dedescida, em que a transferncia de lquido downflowing a partir de uma placa para o lado daplaca inferior. Tipicamente, as placas tm aberturas atravs das quais o upflowing passes de gse acima da qual o gs e lquido fazer contato. Se o gs que sai da placa em equilbriotermodinmico com o lquido que sai da placa, seguida de uma fase terica fornecida. *

Para explicar o fracasso em atingir o equilbrio, a eficincia da placa usada. a computacionalabordagem determinar as etapas tericas e corrija para estgios reais (placas) por meio derendimento de placa, na mesma forma que para as colunas de destilao.

13.2.1 ESTGIOS DE ABSORO

O nmero de etgios necessrias para uma determinada quantidade de absoro pode sercalculado a partir da Kremser-Brown equation (18) com estgios numeradas para baixo a partirdo topo da coluna:

(13.8)

Onde,Eai = eficincia de absoro do componente iYN +1 = moles i por mol de gs livre de solutos, entrando (em baixo) condioY1 = i moles por mol de gs livre de solutos, sada (topo) condioYo * = moles i por mol de gs livre de solutos, determinado como em equilbrio com o i-se entrada solventeN = estgios tericos requeridosAi = fator de absoro para o componente i = L' / (V'Ki)

L' = moles de lquido total deV' = moles de total de gs

Para alguns estudos, um rearranjo da Equao (13.8), para dar o nmero de fases explcito, conveniente :

(13.9)


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Diferentes solutos requerem diferentes nmeros de estgios; o "soluto chave", para o qual aseparao especificado, prevalece. Assim, as fases necessrias para que o soluto calculado,e, em seguida, a Equao (13.8) determina o grau de absoro para os outros solutos (sehouver). H outros aspectos de equaes (13,8) e (13,9), que devem ser observados. O valor dofactor de absoro pode mudar com alteraes na razo L / V; para alimenta o gs muito magra,

o valor de L / V varia muito pouco, porque o balano dos materiais muda muito pouco. Almdisso, o valor do factor de absoro pode mudar com alteraes em K. Mais uma vez, isto podeno ser importante para o caso diludo, o qual essencialmente isotrmico, mas podeapresentar problemas para os casos mais concentradas. O efeito lquido destas limitaes oproblema da atribuio de um valor mdio de Ai em Equaes (13.8) e (13.9). Para variveis L /V, uma abordagem analtica utilizando as concentraes molares modificados [ver Equao(13.4)] pode ser usado:

(13.10)

(13.11)

Claramente, em concentraes muito baixas, y ~ Y e X ~ X, mas tal como ser mostradoposteriormente, a modificao relaes podem ser utilizadas para os casos concentradas.Quando existe mais de um soluto, os denominadores nas Equaes (13.10) e (13.11) nomudam. Considere-se um absorvedor de tipo geral, tal como esquematizado na Figura 13.6. Gs

e fluxo de lquido em contracorrente atravs de estgios reais ou imaginrias. As especificaesusuais incluem (a) frao de absoro de soluto no gs de alimentao, (b) a concentraomxima permitida de soluto no gs de sada, e (c) proporo ptima de solvente paraalimentao de gs. Com base em balanos de massa,

(13.12)

(13.13)


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Figura 13.6 Disposio e nomenclatura para um amortecedor do tipo placa.Note-se que asfases ou bandejas so numerados a partir do topo.

FIGURA 13,7 Disposio geral para a determinao grfica de estgios tericos em umabsorvedor.Observe a parte inferior encostar ponto, que determina a taxa mnima de solvente.

Ento, YN +1 = (L / G) XN+ Y1 Lo Xo/ YN +1 (13.14)


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A equao (13.14) linear em lote de Y contra X. A inclinao (L / G) , e a intercepo Y1- LoXo/YN +1 ; e para o caso de muitas vezes encontrado nenhum soluto no solvente que entra(once-through solvente ou totalmente despojado do solvente em um sistema em recirculao),a intercepo simplesmente Y1. em Equaes (13.8) e (13.9), o factor de absoro baseadana inclinao, como definido na Equao (13.14), isto , em uma base livre de soluto. Figura

13.7 mostra esses conceitos e pode ser generalizado para aplicar a qualquer fase n na coluna.Observe que, enquanto a linha de operao sempre reta, a curva de equilbrio pode no serem linha reta.

Problema 13.2A acetona para ser absorvida a partir da sua mistura com o ar para dentro de um leo novoltil. O gs que entra contm 30-%mol de acetona e 70% de ar seco. A remoo de acetona apartir do ar para ser de 97%. Calcular o seguinte :(a) Taxa de solvente mnima, em termos de Lo/GN+1(b) estgios tericos a uma taxa solvente 1,4 vezes o mnimo(c) estgios tericos se o solvente contm 0,5% molar acetona (solvente de forma incompleta

despojado) e a concentrao de gs de sada proveniente da parte (b), deve ser mantidaDados:A concentrao molar de acetona, em que o lquido linear com uma concentrao molar deacetona no ar: y * = 1,80 x.Soluo(a) A relao mnima de solvente baseada em um "aperto" na parte inferior da coluna. Quandoa alimentao a composio do gs se encontra em equilbrio com a composio sada solventerico, um nmero infinito de fases seria necessria. Com base y * = 1,80 x, x = 0.30/1.80 = 0,167.Ento Lo, min = 29.1/0.167 = 173,6 moles.(b) Se a taxa de solvente de 1,4 vezes o mnimo, a composio bottoms 0.167/1.4 = 0,119.Um balano molar em toda a coluna mostra (base 100 moles totais de gs de alimentao) :Componente Gas Alim. Rich Oil Off gas Entrada-SolventeAcetone 30 29.1 0.90 0

Air 70 0 70 0

Oil 0 244.4 0 244.4

100 273.5 70.9 244.4

YN+1 = 30/70 = 0.428 XN= 29.1/244.4 = 0.119 Y1= 0.9/70 = 0.0129 Xo= 0

A eficincia de absoro eficaz (0,428-0,0129) / (0,428-0) = 0,970.Para as coordenadas modificadas, o valor de K no constante em 1,8. A linha de equilbrio temum ligeira curvatura, e a sua inclinao varia 1,80-1,98. Use uma mdia = 1,90. Em seguida, aabsoro fator 244,4 / (70 1,90) = 1.84.

Nmero de estgios tericos necessrios [Equao (13,9)]:

O balano material para este caso :


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Feed gas Rich oil Off gas Entering solventAcetone 30 30.3 0.9 1.2Air 70 0 70 0Oil 0 244.4 0 244.4

100 274.7 70.9 245.6

YN+1 = 30/70 = 0.428 XN= 30.3/244.4 = 0.124 Y1= 0.9/70 = 0.0129 Xo= 1.2/244.4 = 0.005

Now the effective absorption efficiency is (0.4280.0129)/(0.4280.005) = 0.981.The number of theoretical stages by Equation (13.9) = 5,04. The acetone in the entering oilincreases the stage requirement from 4.52 to 5.04. The graphical treatment of case (c) is showninFigure 13.8.

FIGURE 13.8 Graphical determination of equilibrium stages for Problem 13.2.

13.2.1.1 MLTIPLOS COMPONENTES (SOLUTOS)

Equao (13.8) pode ser usado para vrios casos de soluto, uma vez que pode acomodar factoresde absoro Ai, Aj, Ak, ..., cada um dando um valor diferente de Ea. A proporo lquido / gsno alterado, uma vez que com base nos fluxos globais. Assim, a equao (13.9) pode dardiferentes valores de N (fases tericas). aqui que entra o componente-chave para a foto. Asetapas necessrias para esse componente so calculados, e, em seguida, o mesmo valor de N substitudo volta na Equao (13.8) para determinar a eficcia de absoro relativo dos outroscomponentes.A unio grfica das Equaes (13.8) e (13.9) mostrado na Figura 13.9 para o exemplo deabsoro de etano, propano, butano, pentano e em leo de absoro. Pentano o componenteprincipal, e o valor de Y reduzido de 0,04 para, essencialmente, zero. Os outros componentesso limitados por a mesma inclinao linha operacional conforme necessrio para pentano.

Assim, o butano reduzido a partir de Y = 0,08 e Y = 0,02, propano reduzido a partir de


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Y = 0,08-0,063 e etano, reduzida muito pouco. o requisito para butano cerca de quatroestgios. Etano e propano cair em uma composio "pinch", depois de um ou duas etapas e, emseguida, para as fases restantes no tm qualquer alterao da composio. a absoro Osvalores de eficcia indicadas na Figura 13.9 tambm resultar da utilizao das Equaes (13,8)e (13.9).

FIGURA 13.9 Equilbrio grfico palco para um sistema de soluto mltipla.Note que as linhas de operao so retas e paralelos. Se pentano o componente de absorode chave, em seguida, o gs de sada tem uma quantidade significativa de gs butano, propanoe etano.

3.2.1.2 ALIMENTAES CONCENTRADAS

As equaes (13,8) e (13,9) aplicam-se a tudo o intervalo de concentrao pode resultar emvariaes menores do factor de absoro, isto , para as linhas de equilbrio, essencialmentelineares. Quando isto no o caso, uma variante da Equao (13,8), conforme Edmister (19)pode ser utilizado:

(13.15)

com a nomenclatura a mesma que para a Equao (13.8) (Figura 13.6) com as seguintes adies:


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(13.19)

(13.20)

A abordagem Edmister faz correces de tal modo que um valor mdio Ae pode ser utilizado narelao Kremser-Brown. O efeito do soluto no solvente que entra contabilizado pelo primeirotermo no lado direito da equao (13.15). Pela mesma forma para ser utilizada para a extraco,a numerao de bandeja e outros termos so amplificados na Figura 13.10. As equaes dedessoro ser dada mais adiante.

FIGURA 13.10 Nomenclatura para uso do mtodo Edmister para determinar estgios emabsorvedores e strippers.A fim de manter a similaridade de equaes para a absoro e deextraco, as fases esto numeradas a partir do fundo do separador.


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13.2.1.3 TAXA MNIMA DE SOLVENTE

Como observado na soluo do Problema 13,2, quando a taxa de solvente reduzido para umvalor ao qual o entrar composio do gs se aproxima do equilbrio com o solvente de sada,aproximar as etapas necessrias infinito. Reconhecer que este no baseado em equao

(13.8), onde pode parecer que quando A = 1, N ; na verdade, quando A =1, Eai = N / (N + 1)pela regra L'Hospital. Pelo contrrio, ela baseada em uma "encostada" na parte inferior dacoluna em que o gs que sai da fase inferior a mesma que a entrada de gs nessa fase (ou seja,alimentar o gs). Na Figura 13.8, se uma linha de operao desenhada a partir da enconstadacomo condio inferior com a condio de incio desejado, um nmero infinito de passos seriamnecessrios na condio de fundo.A encostadade fundo o tipo mais comum, mas, sob certas condies, o aperto pode ocorrerno topo, em que a composio do gs de compensao , em equilbrio com a composio desolvente que entra. Muitos estudos tm indicado que uma proporo ptima de solvente paraalimentao de cerca de 40% maior do que o mnimo. O ideal representa um trade-off entreo custo de capital adicional (mais estgios em menor razo solvente / alimentao) e um

aumento dos custos de funcionamento, devido circulao de mais solvente. Recomenda-seque a taxa mnima de ser determinada em primeiro lugar e, como um valor inicial, um projetopara a taxa de solvente pode ser 1,4 vezes o mnimo.

13.2.1.4 EFEITOS DE CALOR

Com alimentaes de gs magras, apenas relativamente pequenas quantidades decomponentes de alimentao passam para o lquido. Assim, os calores de soluo destescomponentes so relativamente pequenos, e a coluna de absoro opera aproximadamenteisotermicamente. Para quantidades significativas de absoro, as eliminatrias exotrmicas desoluo tornam-se importantes. Neste ltimo caso, a temperatura da fase lquida podeaumentar de forma mensurvel, resultando em menor solubilidade de solutos e mais solventenecessrio. Para este caso, adiabtico, a sada temperatura do solvente pode ser calculada apartir de mangas de absoro e a capacidade de calor do solvente. medida que a temperatura do solvente aumenta, duas abordagens podem ser utilizadas:(1) Permitir a diminuio da solubilidade no design, e ajustar a localizao do equilbriocurva (ou o valor de K) em conformidade. Por exemplo, a equao (13.8) pode ser usado parasegmentos da coluna, onde as temperaturas so diferentes por causa dos efeitos de soluo.(2) Instalar intercooling capacidade da coluna para manter um estado de pseudo-isotrmica.O arrefecimento pode ser feito com as bobinas de cada bandeja (como nas colunas de cidontrico) ou com trocadores de calor externos de processamento do fluxo descendente total delquido.A Figura 13.5 compara as inclinaes das curvas de equilbrio em uma baixa concentrao deamnia no o lquido e a uma concentrao mais elevada. Se a concentrao de amnia menosdo que cerca de 0,1 frao molar, a linha de equilbrio bastante simples. No entanto, os efeitosde calor associado com a absoro de amonaco pode mover a curva de equilbrio para umamaior inclinao. Problema 13,3(20) mostra que at mesmo um caso de baixa concentraopode exigir correo para a variao de temperatura, ou seja, calor.

13.2.2 ESTGIOS DE DESSORO

Dessoro de muitas maneiras o reverso da absoro, e a maioria das mesmas equaes deprojeto se aplicam. Figuras 13.1 e 13.2 mostram exemplos de dessoro juntamente com aabsoro, enquanto figura 13.3 mostra uma operao de passagem nica de dessoro. Nesteprocesso, um gs inerte, utilizado para remover os componentes a partir de uma mistura de


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alimentao de lquido, e as mesmas consideraes de solubilidade apresentadosanteriormente para a absoro aplicam-se a extraco. Para manter a mesma forma dasequaes, as fases esto numeradas de dessoro do fundo para o topo (Figura 13.10). O gs dessorvido Go (a contrapartida da Lo solvente em absoro), a mistura de alimentao LN +1, eassim por diante.

Problema 13.3A acetona para ser absorvido do ar hmido em gua pura em uma coluna de pratos. O arcarregado entra em 35 C, e o solvente entra gua a 25 C. A presso atmosfrica. O ar contm2,0% molar acetona e 70% saturado com vapor de gua (4 vol-% de gua). A concentrao daacetona em o ar reduzida para 0,05% molar (Eai = 0,975). A taxa de solvente escolhida de talmodo que o linha de operao tem uma inclinao de 3,49 em uma base frao-plotagemtoupeira. Quantas etapas so necessrias?Soluo:Com base no equilbrio global de calor, com a temperatura do ar de sada se aproxima de pertoa gua de entrada temperatura, o aumento de temperatura adiabtico do lquido de 6 C,

dando uma temperatura do lquido de sada de 31 C. Valores isotrmicos K (= y / x) so 2,09 a25 C e 2,79 a 31 C. A gua sada contm 0,57% molar acetona.Figura 13.11 mostra um diagrama yx com as linhas de equilbrio isotrmicas a 25 e 31 C.Tambm mostrado o local aproximado curva de equilbrio real, tendo em conta os efeitos decalor na coluna. Para a linha de equilbrio linear, as fases so determinados pela equao (13.9)ou pelo contato graficamente. Para a linha curva (aproximado real), os estgios so comomostrado na figura 13.11:1 Para a linha reta a 25 C:. Estgios = 5,62 Para a linha reta a 31 C:. Estgios = 9,83 Para a curva real:. Estgios = 7,1Claramente, a linha de equilbrio em funo da temperatura de sada (31 C) requer excessivanmero de estgios, mas negligenciando os efeitos de calor muito otimista. O projeto de 7,1estgios poderia ser utilizado.

FIGURA 13.11 Diagrama de Problema 13.3, mostrando efeito do calor de absoro nos estgiosnecessrios. Apenas o passos para a curva de equilbrio correcto da temperatura so mostrados.


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A equao de Kremser-Brown [Equao (13.8)] pode ser modificado para a dessoro:

(13.21)

Onde,Esi = eficincia de dessoro do componente iXN +1 = moles i por mol de lquido livre de solutos, entrando condio (em cima)X1= moles i por mol de lquido livre de solutos, saindo condio (em baixo)Xo* = moles i por mol de lquido livre de solutos, determinado como em equilbrio com i na

entrada de gs dessorvidoN = estgios tericos exigidosSi = fator de descascamento para o componente i

Si = (V Ki) / L' = 1/Ai'V / L : razo molar vapor/lquido

A concentraes de lquidos, em letras maisculas de gs e so as mesmos que as definidas pelasequaes (13.10) e (13,11).As fases necessrias para alcanar um dado grau de decapagem so obtidos a partir de umhomlogo de Equao (13.9):

(13.22)

Os gases de dessoro mais prevalentes so a vapor e ar (ou azoto). Milhares de strippers de arso utilizado para purificar guas subterrneas contaminadas, e muitos dessorventes de vaporso usados para purificar resduos aquosos contaminados, bem como as guas subterrneascontaminadas.Para os lquidos de alimentao mais concentradas, tais como aqueles encontrados em refinariade petrleo decapagem operaes, o mtodo Edmister [Equaes (13.15) a (13.20)] somodificadas da seguinte forma (ver Figura 13.10):

(13.23)

(13.24)

(13.25)

(13.26)


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(13.27)

(13.28)

3.2.2.1 TAXA MNIMA DE DESSORO

Ser necessrio um nmero infinito de estgios, se o gs de sada e de entrada de lquido aaproximam-se do equilbrio, isto , YN~ K.XN+1. Recomenda-se que a taxa de gs de dessoroseja cerca de duas vezes o mnimo. No entanto, para dessorvedores usando ar uma vez comomeio adssorvente, ou seja, o gs dessorvente no tem custo outro do que a energia necessriapara mov-lo por meio do separador, uma razo ptima V / G pode depender em alguns trade-off de potncia do ventilador e altura do contator.


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PROJETO DOS EQUIPAMENTOS

Colunas de pratos para absoro e remoo so bastante padro em design, com as placasperfuradas para permitir a passagem de gs para cima e disposies para transportar o lquidoa partir de uma placa para o lado da placa inferior.

Figura 13.12 mostra um absorvedor deste tipo, que utiliza pratos perfurados simples paracontactar. S os fundamentos da concepo de um absorvedor ou stripper ser dado aqui;

consulte o Captulo 12 para mais detalhes.

Prever o desempenho de um absorvedor de prato ou de stripper envolve os seguintes elementosfundamentais:(a) Capacidade. Este determina o dimetro da coluna e necessria uma funo da placageometria, o espaamento vertical das placas, e as taxas de fluxo de lquido e gs.(b) A queda de presso. Esta uma funo das taxas de fluxo e geometria da placa e particularmente importante para o gs flui para onde grande potncia do ventiladorpode serum elemento importante na a economia do projeto do sistema.


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(c) Eficincia. As discusses anteriores de absoro e os nmeros de estgios ter levaram a umadeterminao de estgios tericos ou pratos. Para um design prtico, a eficincia da placa necessrios para determinar o nmero de placas reais necessrios na coluna.d) Conteno de lquido. A quantidade de lquido presente nos tabuleiros tem implicaes parao controle projeto do sistema; quanto mais o assalto, a menos responsivo a coluna a alteraes

na variveis de controle. Ele pode ser particularmente importante para absorvedores qumicosonde um grau de tempo de residncia do lquido necessrio para completar a absoro /reaco. Isto discutida em uma seo separada sobre "Absoro Qumica / Stripping".

Problema 13.4

Um fluxo de gua subterrnea contaminada contm 5 mg / L de tricloroetileno (TCE) e1,5 mg / L de percloroetileno (PCE) a 21 C. A corrente alimentada para o topo de umacoluna de pratos, onde dessorvida com um fluxo em contracorrente de ar, tambm a21 C.(a) Calcule a taxa de ar mnima necessria (usando infinitos estgios).

(b) Para uma razo molar de alimentao-ar de 10,0, quantos estgios so necessriospara eliminar 99,8% do TCE?(c) Que percentagem da PCE sero eliminados no processo?Dados de solubilidade para PCE e PCE so dadas na Figura 13.4.Use K = 6753 para TCE e 61.790 para PCE. soluoA composio de entrada de TCE pode ser convertido para uma fraco molar de 6,85(10^-7). O equilbrio concentrao do gs de sada 6753 (6,85) (10^-7) = 0,00463 molesTCE por mol de ar + TCE, ou um taxa mnima do ar de 0,1465 moles/1000 molesalimentar. A proporo de criao de 100 muito maior do que o mnimo, e baseia-sena experincia de campo ideal de operao.

O fator de dessoro no fundo VK / L = (6753) / 100 = 67,53. Devido muito diludaalimentao, o fator de dessoro altera muito pouco em toda a coluna. Pela equao(13.22),

Para PCE, Savg= 67.53(61790/6753) = 618. Pela Equao (13.22), 100% of the PCE is stripped.

13.2.2.2 CAPACITY AND COLUMN DIAMETER

A capacidade mxima permitida de um absorvevedor ou dessorvedor de placa representadopor um incipiente condies de inundao. A capacidade operacional prudente com base emcerca de 85% do previsto da condio de alagamento. O primeiro passo calcular oadimensionalparmetro de fluxopara o ponto na coluna investigada:

(13.29)


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onde L/G a relao de massa de lquido para gs. Este parmetro um nmero elevado paraas tpicas elevadas razes L/G encontrados em absorvedores e dessorvedores, mas h notveisexcees (por exemplo, o uso de glicis para dessorver a gua para fora do gs natural), onde oL/G extremamente baixo. O gs permitido velocidade para um dado parmetro do fluxo obtido a partir da Figura 13.13,21 fazendo uso das relaes geomtricas mostradass na Figura

13.14 :

FIGURA 13.13 Capacidade de absorvedores de placas e strippers. Curvas denotar a condies

incipiente de inundao, e para o projeto deve ser descontado. [Feira, J. R., 1961. Petro / Chem.Engenheiro 33 (9):. 57]

O valor do FP obtido diretamente do balano de materiais em geral. Para um espao de pratoseleccionado (geralmente em 18 (457 mm) de 24 em (610 mm) e FP como abcissas, o valor daordenada obtido. Este o parmetro CSBF capacidade na capacidade mxima (inundao). Ovalor ordenada :

(13.30)Onde,UN = velocidade do gs linear atravs da rea lquida do prato, ou seja, atravs da seotransversal aberta a fluir, considerando o espao bloqueado pelo tubo de descida (s ), e =tenso superficial da lquido em mN / m.

Desde que UN= Us (AT/AN), the superficial gas velocity is calculated as :


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FIGURA 13.14 Relaes geomtricas para absorvedores e dessorvedores de placas.Fluxos de lquidos atravs das placas.

(13.31)

Ento,

(13.32)

Vrios estgios de bandejas so tratados da mesma forma (veja a Figura 13.14); no entanto,deve-se reconhecer que variveis geomtricas so diferentes para pratos sucessivos.


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13.2.2.3 QUEDA DE PRESSO

A queda de presso total atravs da coluna, em termos de altura de lquido :

(13.33)

ondehtotal= queda de presso sobre todos os pratos, a altura que o solvente flui.Nact= nmero de pratos reais.ht= queda de presso atravs de um nico prato.

A equao (13.29) no cobre as perdas, tais como entrada de gs, queda atravs de um demisterna parte superior da coluna, e assim por diante.A queda de presso atravs do prato compreende duas resistncias em srie, para um atritoatravs das perfuraes e o outro para a perda de carga no fluxo atravs do lquido gaseificado

no prato :

(13.34)Para as perfuraes, a equao de orifcio aplica-se:

(13.35)onde

Cv= coeficiente de orifcio, sem dimensoUh = velocidade do gs atravs dos orifcios

Tipicamente, a rea dos orifcios de 6 a 8% da rea da seco transversal total. O coeficientede orifcio cerca de 0,8, mas para um trabalho mais preciso, consulte o Captulo 12,"destilao". A queda atravs da lquido gaseificado depende da carga da placa, e a figura 13.15permite uma estimativa do altura da mistura de duas fases (isto , espuma). Esta mistura tipicamente de gs de 80%, em volume, de modo que o altura vezes espuma 0,2 dar a alturaequivalente de lquido claro para uso na Equao (13.30).


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FIGURA 13.15 Grfico para estimar a altura de espuma em uma placa de fluxo cruzado.

FIGURA 12.28 Diagrama esquemtico de uma bandeja de fluxo cruzado


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13.2.3 EFICINCIA DOS ESTGIOS

Nas seces 13.1 e 13.2, os mtodos so dadas para a estimativa do nmero de estgios tericosnecessrios para uma separao especificada. O nmero de estgios reais, ou pratos, calculadoa partir de uma eficincia mdia de placa para a coluna geral:

(13.36)

Este termo de eficincia na verdade compreende uma srie de eficincia dos componentes datorre, e por meticuloso trabalho, pode ser necessrio para lev-los em conta. Mtodos dado noCaptulo 12 pode ser utilizado para este propsito, uma vez que os mecanismos de transfernciade massa para absoro e dessoro so as mesmas que aquelas para destilao.Figura 13.16, de O'Connell, 22 pode ser usado para projetos preliminares e muitas vezes para aprojetos finais. Ele refere-se a eficincia global da coluna razo de equilbrio K, a viscosidade

da fase solvente, e a densidade molar da fase de solvente.

Problema 13.5

No Problema 13.3, 7.1 estgios reais foram obrigados a retirar uma certa quantidade deacetona de molhado ar. Quais so o dimetro da coluna, a queda de presso, e o nmeroreal de fases, se a taxa de fluxo de ar 35.300 p3/min real (1000 m3/min real)? Umespaamento de pratos de 24 cm (610 mm) vai ser usado. Altura do dique = 50 mm.Dados: Densidade do lquido = 1000 kg/m3; densidade do gs = 1,15 kg/m3; viscosidadedo lquido = 1,0 cp; superfcie; tenso = 70 mN / m.SoluoUse condies do fundo, uma vez que nessa zona os fluxos tanto lquidos e gasosos somaiores. A temperatura tomada como uma mdia do gs que entra e o lquido de sada= 33 C. A linha de operao tem uma inclinao de 3,49 em unidades molares, ou 3,49(18/29) = 2,17, em unidades de massa. O parmetro do fluxo PF = 2,17 [1.15/1000]^0.5= 0,074Dimetro :

A partir da figura 13.13, CSBF= 0,13 m / s.Em 85% de inundao, Csb = 0,85 (0,13) = 0,11 m / s.Use downcomer area = 10% da seo de choque total para que AT/AN= 1,11.A partir da Equao (13.31),

(13.37)A partir da Equao (13.32),Dimetro = [1000 / (60 0,785 3,75)] 0,5 = 2,38 m = 7,80 pEficincia :

Para a Figura 13.16, o grupo de abcissas na parte inferior da coluna (KL) / LM, ou

(2,8 x 1,0) / (62.4/18) = 0,81, para o qual Eoc = 40%.Assim, 7.1/0.40 = 17,8 dizer-18 pratos reais.


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Queda de presso :

Para uma rea aberta (AH/AA) = 0,14 e 10% de tubos de descida, a rea ativa 0,785 (2,38) 2 (0,80) = 3,56 m2 e rea do furo = 0.498 m2.A partir da Equao (13,35) e para uma bandeja,

A queda de presso do lquido em 85% do ponto de inundao, a partir da Fig. 13.15,Altura Espuma = Zf= 0,75 (610 - 50) + 50 = 470 milmetros

Aos 20% de lquido em espuma, cabea lquido = 0,2 (470) = 94 mm.Queda / bandeja Total = 102,2 + 94 = 196 milmetros lquido.Para 18 placas, 3.528 milmetros = 3,528 m = 5,0 lb/in2.

13.3 COLUNAS COM RECHEIO

Como em colunas de destilao, uma coluna com recheio contm elementos deempacotamento pequenos despejados no coluna de uma forma aleatria, e estes elementospodem proporcionar o contacto ntimo necessrio entre o lquido descendente e o gs subindoou vapor. Empacotamento estruturado e ordenado na forma, raramente so utilizados paraabsoro ou dessoro.

13.3.1 UNIDADES DE TRANSFERNCIA

Em vez de estgios ou pratos, unidades de transferncia so introduzidas para representar osrequisitos de separao em uma coluna de recheio por contato em contra-corrente contnua.Como ser mostrado mais tarde, estgios ideais podem ser convertidos para unidades detransferncia para fins de concepo. Assim, apenas um resumo da teoria de unidades detransferncia ser dado aqui, uma vez que prtica habitual determinar os estgios necessrios,como discutido na seo anterior, e em seguida, convert-los em unidades de transferncia. Aconverso vivel pois as caractersticas de transferncia de massa de colunas com recheio,geralmente so correlacionados em termos de alturas de uma unidade de transferncia. Assim,

Altura-Recheio = Z = Nog. Hog (13.37)

Onde,Nog= nmero geral (ambas as fases consideradas) de unidades de transfernciaHog = altura de uma unidade de transferncia geral

Unidades de transferncia geral pode ser expressa em termos de unidades de transferncia defase individuais:

Hog= Hg + . HL (13.38)

(13.39)


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onde a razo entre os coeficientes angulares da linha de equilbrio e da linha de operao,para o componente de transferncia i:

(13.40)

O termo equivalente ao factorde separao definido anteriormente. Quando a linha deequilbrio essencialmente linear (por exemplo, como na Figura 13.9) e para os casos deconcentrao de soluto diludos, constante.

3.3.2 NMERO DE UNIDADES DE TRANSFERNCIA

De acordo com as relaes de base, no esto includos aqui, * o nmero total de unidades detransferncia de fase de gs definido como :

(13.41)

onde y a fraco molar do i no gs e y i* a fraco molar do i no gs que est em equilbriocom a composio xi lquido. Note-se que yi* no uma composio real, mas um termocalculado a partir da expresso de equilbrio yi* = Ki.xi. Os subscritos 1 e 2 para o gs composioreferem-se s condies de entrada e sada. Se um modelo de estgio est sendo usado paracalcular a separao, estgios ideais podem ser convertidos para unidades de transfernciautilizando a relao :

(13.42)

Observe que, quando = 1.0, Nog= Ntheo.

Tal como no caso de factores de absoro com os estgios, cada componente pode ter o seunmero individual de unidades de transferncia.

13.3.3 ALTURAS DE UNIDADES DE TRANSFERNCIA

Para sistemas com uma significativa resistncia a transferncia de massa em ambas as fases, a

Equao (13.38) (Hog= Hg + . HL) utilizada.Valores de Hg e HL so geralmente obtidos a partir de correlaes generalizadas suportados portrabalhos experimentais, mas pode ser expressa em termos de relaes mais fundamentais:

(13.43)onde,Gm= fluxo total de gs, kg-moles/s-m2Kgi= coeficiente de transferncia de massa, kg-moles / (s-m2-atm)ae= eficaz rea interfacial, m2/m3

P = presso total, atm


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(13.44)onde,Lm= fluxo total lquido, kg-moles/s-m2

Kli = coeficiente de transferncia de massa, quilograma-moles / (s-m2-kg/m3)L= densidade lquida mdia, kg/m3

Nas equaes (13.43) e (13.44), as unidades mostradas so representativos; mas outrosconjuntos consistentes podem ser usados.

3.3.4 ALTURAS DOS ESTGIOS TERICOS

H casos em que prefervel converter as alturas de unidades de transferncia para alturas dosestgios tericos. O termo altura equivalente a um prato terico (HETP) usado. Esta a alturade um leito empacotado com recheio, em que conseguida uma fase terica de separao. A

converso est relacionada com a Equao (13.42):

(13.45)

Ento, quando = 1.0 , HETP = Hog .

13.3.5 PROJETO EQUIPAMENTOS

Colunas de enchimento ou de recheios para a absoro e desssoro so simples no seu projeto,se no em anlise. As colunas verticais esto equipadas com um suporte de recheios, a qualproporciona que a coluna fique cheia com o enchimento aleatrio, e equipada na parte superiorcom um dispositivo adequado para distribuir o lquido no leito. A grade de tela ou hold-down normalmente colocado no topo do leito para evitar o movimento do recheio, especialmente seo material do recheio tem uma densidade baixa (por exemplo, plstico) e a dinmica do gs alta. Em alguns casos, um dispositivo especial na parte inferior do leito usada para asseguraruma distribuio uniforme do gs atravs do leito. Um recheio absorvente ilustrado na Figura13,17 ; o distribuidor de lquido do tipo de tubo perfurado, mas outros tipos, menos sujeitos aincrustao de lquido, podem ser usados.


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FIGURE 13.17 Absorvedor do tipo de Coluna com Recheio

Problema 13,6No Problema 13.3, estgios tericos foram determinados para um purificador pararemover acetona de ar com um solvente gua. Para as mesmas condies, determinaro nmero necessrio de unidades de transferncia global de gs. O trabalho grfico parao problema anterior mostrada na Figura 13.11.Soluo

Uma vez que este um caso simples de fase gs, expresses simplificadas podem serutilizadas. O nmero de unidades de transferncia de fase gs podem ser obtidasmediante a integrao da Equao (13,41), ou a partir de estgios tericos pela Equao13.42).Uma vez que o requisito de estgios tericos est disponvel a partir do problema 13.3,a converso para unidades de transferncia na fase gs ser usado pela primeira vez.Para a linha de equilbrio inferior (K = 2,09), o valor de calculado como se segue:

Da equao (13.42),


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da mesma forma, para k = 2,79, Nog= 11,4 unidades de transferncia.

Para o caso intermedirio, onde existe curvatura significativa da linha de equilbrio, a

Equao (13.41) pode ser integrada sobre o intervalo de valores y de 0,005 (condiosuperior) e para 0.020 (em condio inferior).Esta pode ser feita numericamente ou graficamente.Para a segunda abordagem, os valores de 1 / (y - y *) so plotados na escala Y contravalor de y na escala X. A rea sob a curva traada igual a 8,2 (ou 8,2 unidades detransferncia).Desde que existe uma curvatura na linha de equilbrio, o valor Nog = 8,2 deve ser usado.Ele podem ser combinados com o valor de Hog para o dispositivo de recheio

selecionado que ir proporcionar o total de recheio na altura necessria.Tal como no caso de absorventes e dessorvedores de pratos, apenas princpios de

projeto, sero dados aqui. Prever o desempenho de uma coluna de recheio envolvequatro critrios principais:-capacidade (dimetro da coluna),-queda de presso (dimetro da coluna),-eficincia (cama altura)-conteno de lquido (queda de presso e de residncia, como para as reaesqumicas).Cada uma destas critrios depende fortemente do tipo e do tamanho do elemento deenchimento selecionado. Assim, o primeiro passo para escolher o tipo de recheio.

3.3.6 CARACTERSTICAS DO RECHEIO E DO LEITO FIXO

Recheios aleatrios representativos so mostrados na Figura 12.25.

FIGURE 12.25 Ilustraes dos tipos de recheios (a) Randmico (b) Estruturado


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Propriedades de recheios importantes para absoro / extrao so apresentados naTabela 13.2. As trs primeiras referncias (recheio) so o tipo "meio-fluxo", em que asfases podem fluir livremente atravs dos elementos com forma reduzida de arraste. Osoutros listados so do "em torno do fluxo" tipo, com o aumento da forma de arrastar e

soltar, portanto, maior a presso.

Recheios aleatrios so fabricados a partir de uma ampla variedade de materiais.

Originalmente, a maioria foram feitos de cermica e eram populares para servioscorrosivos, apesar de sua friabilidade. Hoje em dia, polipropileno amplamente


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utilizado para proporcionar uma camada que oferece peso leve, resistncia corrosopor muitos fluidos, e baixo custo. Recheios de plstico so aleatrias, adequadas paracompostos orgnicos volteis (COV) que devem ser retirados a partir de guassubterrneas (dissolvidos).Normalmente, ocorre o fluxo de lquido e de gs em contracorrente atravs do leito. Em

taxas de gs baixa, h pouca perturbao do lquido descendo, mas em taxas maiselevados de gs, o lquido arrastado pelo vapor numa situao de "carga/inundao",e, se o fluxo de gs ainda mais aumentada, o leito de enchimento comea a fluir.

Carga/Inundaes so mostrados esquematicamente na Figura 12.51. Embora possa seroptimizada para operar uma coluna empacotada na zona de carga, importante parano operar muito prximo a inundaes.

FIGURE 12.51 Pressure drop and loading characteristics of packed columns.

Assim, como uma primeira considerao no projeto (ou anlise de uma coluna emoperao), o ponto de inundao est localizado como uma funo das taxas de fluxode gs e lquido, a geometria do elemento de recheio, e as propriedades das fases.

3.3.7 CAPACIDADE GS/LQUIDO MXIMA

O ponto de inundao hidrulico, tal como ilustrado na figura 12.51, atingido a umacombinao de taxas em contracorrente de gases e lquidos de modo que a queda depresso apresenta um aumento relativamente grande com um pequeno aumento nataxa de fluxo de ambas as fases. Mtodos de estimativa da capacidade hidrulicamxima para um recheio fornece uma base para o projeto (abordagem ideal parainundao). Embora existam vrios abordagens para predizer inundao, o maispopular, que tambm proporciona uma queda de presso na estimativa da capacidade,

mais recentemente publicado pelo Strigle (23) conforme o diagrama na Figura 12.53.


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35

FIGURA 12.53 grfico generalizada para estimar a queda de presso e capacidademxima de torres de recheio.(R. F. Strigle de 1994 Torre Recheio - Projeto e Aplicaes,2 ed, Houston:. Golfo Publ. Co.)

A partir da figura 12.53, tanto a capacidade e a queda de presso limitante pode serprevisto. A abcissa termo o parmetro do fluxo [Equao (13.29)], utilizado tambm

para colunas de pratos. O termo ordenada um parmetro capacidade CP, modificadoa partir do parmetro de capacidade de colunas de pratos [Equao (13.30)]:

(13.46)Onde,Us= velocidade superficial do gs, m/s= viscosidade cinemtica, csFp= fator de empacotamento (caracterstica do tipo e tamanho do recehio. Factores derecheio so apresentados na Tabela 13.2).

Para inundaes, uma estimativa pode ser feita a partir da Figura 12.53, embora osfabricantes muitas vezes preferem omitir a linha de inundao do grfico. Produomxima assumida na curva superior (125 mm H2O / m), embora ligeiramente maiscapacidade estar disponvel. A presuno de que inundao ocorre a um valorconstante de queda de presso no necessariamente correto, desde o mais recheiosabertos geram quedas de presso mais baixas. Alm disso, a inundao ocorre emquedas de presso mais baixas no mbito de altas cargas lquidas e altas densidades degs para um determinado recheio.


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13.3.8 QUEDA DE PRESSO

Previso de queda de presso tratada pela Figura 12.53 para todos os projetos,incluindo os mais crticos. Tambm as estimativas de queda de presso pode ser obtidaa partir de grficos desenvolvido pelos fornecedores de recheios. A Figura 13.18 mostra

os dados para um recheio especial (duas polegadas de Anis Pall de plstico), incluindoa conteno lquida e um coeficiente de transferncia de massa.

FIGURA 13.18 informaes do fornecedor Representante sobre as caractersticas de

uma embalagem aleatria. Duas polegadas anis Pall de plstico.

As bases de dados tais como o da Figura 13.18 deve ser entendidas : Os testes bsicosforam feitos com ar-gua, em uma coluna com um dimetro de cerca de 1 m. Holdup foimedida por abruptamente ao desligar o fluxo de ar e gua e, em seguida, recolhendo agua que drenou do leito. O coeficiente de transferncia de massa est em uma(incluindo gs total e as resistncias de lquidos) base geral, utilizando a absoro dedixido de carbono em hidrxido de sdio aquoso diludo.


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37

Como muitos aplicativos de absoro e dessoro envolvem gases e lquidos compropriedades no muito longe diferentes das do ar e da gua, os grficos de fornecedorpodem ser bastante til.

13.3.9 DISTRIBUIO DE LQUIDOS E REDISTRIBUIO

Este tpico discutido em detalhes no Captulo 12, e apenas um breve resumo includoaqui. Boa distribuio de lquido inicial do leito acondicionado essencial para um bomdesempenho. Isto feito introduzindo o lquido atravs de um dispositivo distribuidorque fornece uma multiplicidade de pequenos e uniformes crregos para o leito. Ummnimo de 100 fluxos separados por metro quadrado necessrio. Se um recheio aleatrio e sem caractersticas de escoamentos preferenciais de passagem, menosfluxos pode ser acomodado, desde o prprio recheio tende a proporcionar umadistribuio uniforme. Uma vez que o lquido tenha sido introduzida para o topo do leito, possvel que a uniformidade do lquido tende a deteriorar-se-por exemplo, para migrar

em direco parede da coluna. Para leitos maiores que 10 m de altura, pode sernecessrio recolher o lquido e redistribu-lo novamente. Se a redistribuio no utilizado, ento a perda de eficincia de transferncia de massa deve ser tomado emconta. Em alguns casos, o projeto timo no chama para redistribuio, mesmo paraalturas de leito muito maior do que 10 m.

13.3.10 TRANSFERNCIA DE MASSA

Vrios mtodos tm sido propostos para a previso de valores de Hge HLcomo funesdo sistema, condies de fluxo e tipos de recheios. Enquanto o mtodo de enchimento

aleatrio (Bolles/Fair (27)) tem um ampla validao, a maioria dos dados de suporte sode testes de destilao e so descritos no Captulo 12. Um melhor modelo para absoro baseada no trabalho de Onda et al.(28), modificado pelo Bravo e Fair (29) e detalhadoabaixo. Para o coeficiente de transferncia de massa de gs,

(13.47)

esta equao representa a relao funcional habitual entre os grupos adimensionais

(Sherwood, Nmeros de Reynolds, e Schmidt), mais a hiptese de que o elemento deenchimento eficaz dimetro pode ser expresso como o dimetro de uma esfera com amesma rea da superfcie, isto , dp = 6/ap.Os valores de rea de superfcie de embalagem appode ser obtida a partir da Tabela13.2 ou listagens equivalentes.

Para o coeficiente de lquido, Onda et al. partiu de formulaes mais usuais para obter

(13.48)


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Onde,ae a rea efetiva interfacial.

Para absoro e dessoro, Bravo e Fair (29, 30) encontraram a rea efetiva a ser :

(13.49)onde,

As unidades do coeficiente de transferncia de massa lquido kLso m/s; do coeficiente de gskg, kg-moles/(sm2-atm).Note-se que na Equao (13.47), o ap especfica rea de recheio usada, enquanto que naequao (13.48), a rea efetiva ae utilizada. Os dois termos so relacionados pela equao(13.49).

O procedimento para a utilizao da abordagem de Onda-Bravo como se segue:1.Relativamente aos caudais e propriedades, calcular a rea efetiva aepela Equao (13.49).2.Calcule os coeficientes de transferncia de massa kge kLpelas Equaes (13.47) e (13.48).3.Calcule alturas de unidades de transferncia de HGe HLpelas Equaes (13.43) e (13.44),usando coeficientes de transferncia de massa volumtrico kg.aee kl.ae.

4.Calcule Hoggeral pela Equao (13.38).5.MultipliqueHogpor Nogpara obter a altura do leito (recheio) necessrio, ou6.Converter Hogpara HETPpela Equao (13.45) e multiplicar por estgios tericos para obteraltura de recheio (ou leito) necessrio.

Este modelo tem sido aplicado com sucesso em recheios (ou leitos) aleatrios do tipo de toquee sela, em cermica, ao ou materiais plsticos. A paridade para testes de remoo de COV degua com ar mostrado na Figura 13.19, feita a partir de referncia 30. Foram utilizadas vriasembalagens de plstico.

FIGURA 13.19 Paridade de dados para valores medidos vs calculados, para coeficientes detransferncia de massa, e remoo de compostos volteis orgnicos da gua com o ar.


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A abordagem Onda-Bravo especialmente confivel para absorvedores e desssorvedoresoperando com misturas pobres, como geralmente o caso. Para os casos mais concentrados(gs de entrada> 5 vol-% soluto para absorventes e entrada de lquido> 5% vol-soluto parastrippers), o modelo Bolles/Fair(27) mais adequado.

Problema 13,7Para Problema 13.4, um fluxo de gua subterrnea contaminada usado para ilustrar oclculo estgios tericos. Agora, uma coluna de separao deve ser dimensionada combase na mesma remoo de tricloroetileno (TCE) e percloroetileno (PCE) pressoambiente (1,0 atm) e temperatura (21 C). Uma razo gs/lquido mais elevada serutilizado para reduzir o nmero de fases. A embalagem ser de 50 mm anis Pallpolipropileno. As propriedades so apresentadas na tabela abaixo :

O balano de material apresentado abaixo :

(a)Clculo do dimetro da coluna :

Da Figura(12.53), for P = 85 mm H2O/m (1.02 H2O/ft)FP = 0.218 , Csb.Fp. = 0.65 (metric)Gerando,Csb= 0.65/[(131)(1.0)] = 0.057

Velocidade Superficial do Gs Us= 0.057[1000/1.234] = 1.63 m/sPara a taxa de projeto de fluxo de ar 5.09 kg/s = 4.12 m3/s,


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A seco transversal 2.40 m2 ,e arredondando,Dimetro da Coluna = 1,75 m , rea transversal da coluna = 2,54 m2

(b) Clculo da rea efetiva

Assuma uma altura de leito de 10 ft (3.05 m)ParaAt = 2.54 m2L= 31.57/2.54 = 12.43 kg/s-m2, G= 5.09/2.54 = 2.00 kg/s-m2.From Equation (13.49),ae/ap= 9.79[0.0700.5/3.050.4][(14.6E06 12.43)(2637 2.00)]0.1603 = 1.65.Thus, ae = 1.65 (130) = 215 m.

(c) Coeficientes de Transferncia

O factor de separao 675 (o mesmo que ).

Pela equao (13.22), so necessrios 0,71 estgios tericos.

Pela equao (13.42), isso se traduz em Nog= 0,0066, e Z = Nog . Hog= 0,013 m.

Assim, para a proporo relativamente alta de gs/lquido usado, e para, digamos, 3,05 m alturado leito, a remoo de TCE est muito superior a 99%.Na verdade, maior do que 99,999%.

No incomum para uma alimentao de 20 partes por milho atingir purificao para menosde uma parte por bilho por arrastamento de ar.


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Figura 13.20 mostra como um absorvedor de co-corrente pode ser analisado. Note-se alimitao de equilbrio, o que limita o grau de recuperao do soluto.Modelos bsicos para estimar hidrulica e massa transferncia so baseados em fluxo emcontracorrente, o qual normalmente mais eficiente, e deve ser ajustado se o sentido do fluxode gs invertida :

FIGURE 13.20 Diagrama de clculo para absorvedor concorrente

Outros dispositivos em contacto so mostrados na Figura 13,21 e discutidos abaixo.

FIGURA 13.21 Informaes do fornecedor sobre as caractersticas de um recheio aleatrio.Duas polegadas anis Pall de plstico. [Cortesia de Norpro-Ste.Gobain Co., Akron, Ohio.]


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3.4 OUTROS DISPOSITIVOS

Enquanto as colunas de bandeja e colunas de leito de recheios so, invariavelmente, osdispositivos utilizados para dessoro, outros dispositivos so usados ocasionalmente para aabsoro. Na maioria das vezes o fornecedor faz o projeto com base nas especificaes

fornecidas pelo usurio e / ou projetista do processo. Enquanto que o material anterior baseia-se em contacto em contracorrente do gs e do lquido, pode haver alguns casos em que aoperao em co-corrente tenha vantagens:1. Maior capacidade de processamento, uma vez que as inundaes no ocorre no sentido usual.2. Queda de presso mais baixa do que em contracorrente.3. Remoo de partculas slidas a partir do gs favorvel.

3.4.2 CROSSFLOW SCRUBBER

O gs fluihorizontalmente, ao entrar em contato pelo lquido descendente. A fora motriz eficazpara a transferncia de massa entre o gs em correntes paralelas e o lquido em contra

corrente. Purificadores de fluxo cruzado tem baixa presso e normalmente requerem umarelao de gs/lquido menor do que qualquer contra-purificadores ou correntes paralelas. Otempo de contato entre gs e lquido relativamente baixo, e as unidades de fluxo cruzado noso recomendados para a maioria das absores qumicos. Procedimentos de projeto seguemuma abordagem de elementos finitos; o volume do lavador dividido em cubos, cada um dosquais presume-se para atingir o equilbrio.

13.4.3 VENTURI SCRUBBER

Este um purificador de co-corrente com as vantagens de queda de presso (venturi efeito) eum elevado grau de turbulncia no ponto de contato. A limitao de equilbrio, tal comoindicado na figura 13.20 prevalece. Unidades Venturi tm encontrado aplicaes para reaesrpidas e para a remoo de partculas. Como mostrado na Figura 13.21, pode ser necessriomeios elaborados para a separao do gs e do lquido efluente.

13.5 DESSORO A VAPOR (STRIPPER)

Dessoro com vapor utilizado amplamente e difere da extraco com um gs inerte (porexemplo, ar), em que o gs utilizado podem ser condensados e os lquidos desssorvidosrecuperado por decantao ou destilao. Assim, arrastamento com vapor pode ser usado paraa remoo de compostos orgnicos volteis e difere da remoo do ar em dois importantesaspectos: o vapor condensvel, e a temepratura de operao alta, o que reduz a solubilidadedo soluto (s) no lquido de alimentao. Invariavelmente, a alimentao uma soluo aquosa,e a presso de operao pode variar ao longo de uma vasta gama de valores. Um balano geralde calor mostra que h uma mnima taxa de vapor de gua para evitar a condensao completa(e, portanto, no dessoro) na unidade. Um fluxo tpico de uma dessoro a vapor mostradona Figura 13.22. O vapor pode ser direto (vapor vivo) ou gerado num reboiler como mostrado.Remoo de vapor freqentemente realizada em colunas de pratos, j que, no passado,alguns estudos de transferncia de massa em colunas de enchimento ter sido feito. Um estudodetalhado de dessoro do tolueno de gua em um 1.2-m e dimetro em pratos perfurados foirelatado por Kunesh. Tambm, Rush e Stirba34 relataram dessoro de metilisobutilcetona(MIBK) a partir de gua em uma coluna de pratos perfurados de 0,46 m.Os resultadosrepresentativos destes estudos so mostrados na Figura 13.23. As eficincias tendem a ser


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baixa, e a resistncia na fase lquida domina.

FIGURA 13.22Diagrama tpico para dessoro a vapor

FIGURE 13.23 Eficincia global de dessoro a vapor usando pratos perfurados


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Problema 13.8

Numa refinaria uma corrente de fluxo aquoso flui em 600 gal/min e contm 15 lb/h benzeno. Obenzeno ser removido com uma eficincia de extraco de 99,95%. Uma coluna de dessoroa vapor de pratos ser utilizada. Considere duas presses, 2,0 psia e 14,7 psia. Como qualquer

tentativa de otimizao, avaliar os parmetros que deve ser considerada para o projeto. Deacordo com a prtica da refinaria, use unidades inglesas convencionais.

Para primeira tentativa, use 2,0 psia e assumir S = K/(L/V) = 100 .Estgios requeridos (Eq. -13.22):

A eficincia de estgios obtida a partir da Figura 13.16; o parmetro X-escala :

No. de Pratos Reais Requeridos = 1.65/0.060 = 28

Um exemplo dos clculos seguintes:

Interpretao :

Os exemplos utilizados esto longe de ser ptimos. Uma presso intermdia pode dar a melhorcombinao de altura da coluna e do dimetro da coluna. Colunas de dessoro costumam terde 20 a 30 pratos, mas o nmero ideal depende dos fluxos a serem utilizados, os custos de vaporde gua, e assim por diante.


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13.6 ABSORO QUMICA

Muitos absores comerciais envolvem uma reaco qumica entre o soluto (difuso deespcies) e o solvente. Um exemplo comum a remoo de dixido de carbono a partir do arou de um gs inerte pela lavagem com hidrxido de sdio aquoso :

CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O = (13,50)

ou para a remoo de dixido de carbono por uma soluo de amina:

2R-NH2 + CO2 = R-NHCOONH3-R (13,51)

onde, por monoetanolamina, R = HOCH2CH2.

Estes so exemplos de absores qumicos comercialmente importantes onde simples fsicoequaes de taxa de transferncia de massa precisa modificaes. Normalmente, a presena de

uma reaco acelera a massa transferir. Para um desenho rigoroso, a informao deve estardisponvel na taxa de reao em funo de concentrao, temperatura, presso, e o grau deionizao em lquido.

13.6.1 ABORDAGEM COMPUTACIONAL

O seguinte aplica-se o desenvolvimento de quase todas as absores qumicos. Molculas desoluto no gs difuso para e atravs da interface, ento difundir no lquido at encontrar umreagente. Se o reao muito rpida, as relaes de transferncia de massa no reactivos,discutido anteriormente, aplicar-mas muito conservadoramente; a taxa efetiva maior. Aequao para o fluxo de transferncia de fase lquida de componente i modificado da seguinteforma:

(13.52)

A equao (13.52) pode ser mais geral para incluir a resistncia de gs e uma taxa de reaoconstante:

(13.53)Em outras palavras, a resistncia total transferncia de massa a soma das resistncias de gs,lquido, e reao:

(13.54)onde Hi a constante da lei de Henry Hi = pi*/Ci, e kr representa a constante de velocidade paraa reaco especfica.Quando a reaco muito rpida e completa, kr muito alta, e Rr cai. Se a resistncia do gs,

Rg muito pequena e negligencivel, ento cai fora, e :


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ou o equivalente a Equao (13,52), com Ci ~ 0. Normalmente, uma reaco biomolecular deinteresse, envolvendo a espcie A a partir do gs e B a partir do lquido,

A + b B CPodemos definir um nmero adimensional Hatta,

(13.55)onde,DAL= difusividade do lquido para A, m2 / sCB= concentrao do lquido B, kg-moles/m3K2R= constante da velocidade de reao (de segunda ordem), m3 / (mol s-kg)kLa= coef. fsico de transferncia de massa da fase lquida, kg mole/(s-m2-mole/m3 kg) = m / s

Quando o nmero Hatta (Ha) avaliado, o valor do factor de intensificao pode serdeterminado a partir da Figura 13.24, com base na referncia 43.

FIGURA-13.24 - Aperfeioamento em funo do nmero de Hatta.Absoro qumica, reaes irreversveis.

Os parmetros na Figura 13.24 so - 1, onde :


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(13.56)

A curva superior da Figura 13,24 aplica-se a primeira ordem e de pseudo-primeira ordemreaces irreversveis, e para Ha> 3,

(13.57)O tratamento acima lidou apenas com reaes de bimolculas irreversveis e, como um casoespecial, reaces irreversveis de primeira ordem. Embora esses casos predominam, outros socertamente possveis. As referncias citadas so fontes para situaes adicionais.

Problema 13.9

Eckert et al.(44) dados de teste relatrio para a absoro de dixido de carbono do ar em umacoluna empacotada. Condies para um teste particular so como se segue:

Soluo

Para o grau de converso, e tendo em conta o lquido ionizado, o coeficiente de lei de Henry Hi = 2,535 atm/m.f. = 45,63 atm/(kg moles/m3). Alm disso, para as condies de escoamentodeterminado, a fsica coeficientes de transferncia de massa, com base no mtodo de Bolles eFeira (27) so

Para absoro puramente fsica, com o componente i = CO2,

a partir do qual kogae = 3.64E-04 kg moles / (s-m3-atm).

Agora, determinar o efeito da reaco qumica entre o CO2 (composto A) e NaOH (composto B). velocidade de reao Bimolecular constante, K2R= 11.000 m3 / (kg-moles-s) (referncia 40)


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Conc. de NaOH = COH-= 0,375 kg-ions/m3 Difusividade de CO2 no lquido ionizado = DAL = 1.92E-09 m2 / s Efetivo rea interfacial: assumir ae = ap = 190 m2/m3 (Tabela 13.2)

coeficiente de transferncia de massa fsica kL = (klae) /AE = 16.7E-03/190 = 8.79E-05 m/s

Para avaliar o parmetro para a Figura 13.27, calcule o nmero Hatta adimensional:

CA = * = pCO2/HCO2 0.01/45.63 = 2.191E-04 kg moles/m3 assumir DAL ~ DBL (referncia 40)

A partir da Figura 13.24, por Hatta No. = 32,0 e = 1171, aprimoramento fator = 32.Isto converte a kogae = 2,18 moles / (hr-p3-atm), muito prximo do valor de 2,20 medidapelo Eckert et al.44 A absoro com reao cerca de 32 vezes mais rpido do que para aabsoro fsica sozinho.

3,7 RESUMO

Absoro e dessoro so processos de contraposio, e as mesmas equaes gerais aplicam-sea ambos. A maioria das aplicaes dos processos lidar com misturas diludas, isto , absorode pequenas quantidades de material a partir de um grande volume de gs ou de extraco depequenas quantidades de material a partir de um grande volume de lquido. Quandoprevalecem as condies diludas, a metodologia para determinar estgios tericos ou unidadesde transferncia relativamente simples. Para misturas concentradas, solues rigorosasnormalmente so obtidos a partir de programas de computador especiais. Abordagensaproximadas para manipulao de misturas concentradas so dadas nesta seco.

Absoro e dessoro pode ser realizada em colunas de placas convencionais ou emcontracorrente em colunas recheadas. Em alguns casos, o equipamento especializado usado.As abordagens tradicionais ao prato e design coluna de recheio, usado na destilao, tambmse aplicam absoro e dessoro.Assim, os leitores deste captulo tambm devem consultar o Captulo 12 especialmente para odimensionamento do equipamento de contacto. Um nmero significativo dos processos deabsoro comerciais envolvem uma reaco qumica no fase lquida. O efeito da reaco o deacelerar a taxa de transferncia de massa e, em certa medida, fazer a determinao de unidadesde transferncia de fases ou simples. Como para todos os processos de separao, dados depropriedades termodinmicas e fsicas de base deve ser disponvel. Para absoro e stripping,os principais dados referem-se a solubilidade e, felizmente, h grande bases de dados

disponveis para suportar mtodos de previso.

13.8 NOMENCLATUREae = effective interfacial area, m2/m3ap = specific surface area of packing, m2/m3

A = area, m2A = absorption factor, dimensionless [Equation (13.8)]AT = total cross sectional area of column, m2AN = net area cross section, m2A = average absorption factor, dimensionless [Equation (13.16)]C = concentration, kg moles/m3Cv = orifice coefficient, dimensionlessCsbf = capacity parameter, m/s [Equation (13.30)]Ca = dimensionless capillary number [Equation (13.49)]


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CP = capacity parameter [Equation (13.46)]D = diffusion coefficient (diffusivity), m2/sEa = absorption efficiency, fractionalEoc = overall column efficiency, fractionalEs = stripping efficiency, fractional

Fp = pacing factor, 1/m (Table 13.1)FS = gas F-factor = Us G0.5, m/s(kg/m3)0.5g = gravitational constant, m/s2G = gas flow, kg/s-m2Gm = gas flow, kg moles/s-m2h = pressure head, mm liquidhd = head loss for flow through holes, mm liquidhL = head loss for flow through froth on plate, mm liquidhw = weir height, mmHg = height of a gas phase transfer unit, m

Hi = Henrys law coefficient for component i, atm/mole fractionHL = height of a liquid phase transfer unit, mHog = height of a liquid phase transfer unit, mHa = dimensionless Hatta number [Equation (13.55)]HETP = height of packing equivalent to theoretical plate, mkg = mass transfer coefficient for gas, kg moles/(s-m2-atm)kL = mass transfer coefficient for liquid, m/s [kg moles/(s-m2-kg/m3)]kL = mass transfer coefficient for liquid, physical basis only, m/skr = reaction velocity constant (units dependent on reaction order)K = gas-liquid equilibrium ratio= y*/xKog = overall mass transfer coefficient, gas concentration basis, kg moles/(s-m2-atm)L = liquid flow, kg/s-m2Lm = liquid flow, kg moles/sm = slope of equilibrium lineNtheo = number of theoretical stagesNg = number of gas phase transfer unitsNi = molar flux of component i, kg moles/s-m2NL = number of liquid phase transfer unitsNog = number of overall transfer units, gas concentration basis

p = partial pressure, atmpsat = vapor pressure, atmP = total pressure, atmR = universal gas constantRe = dimensionless Reynolds numberS = stripping factor, dimensionless [Equation (13.21)]S = average stripping factor, dimensionless [Equation (13.24)]Se = effective stripping factor, dimensionless [Equation (13.25)]T = absolute temperature, KelvinTS = tray spacing, m or mmU = gas velocity, m/sUh = gas velocity through holes, m/sUN = gas velocity through net area of tray, m/sUs = superficial velocity through column, m/sV = vapor or gas flow, kg/s-m2Vm = vapor or gas flow, kg moles/s

x = mole fraction in liquid


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X = ratio, moles/mole solute free liquidy = mole fraction in gas or vapory* = mole fraction in gas or vapor, equilibrium conditionY = ratio, moles/mole solute free gas

Z = height, m

Zf = froth height, m or mm

13.8.1 GREEK LETTERSc = relative volatilityi= Bunsen solubility coefficient, 1/atm [Equation (13.1)] = relative solubility = activity coefficient = ratio of slopes, equilibrium line/operating line = absolute viscosity, mPa-s (cp) = kinematic viscosity, cs = density, kg/m3

LM = liquid molar density, kg moles/m3 = surface tension, mN/m (dynes/cm) = parameter for Figure 13.24

13.8.2 SUBSCRIPTS1 = top plate in column for absorbers, bottom plate in column for strippers

A,B = components A or Bg = gas phasei = component iL = liquid phaseN = bottom plate in column for absorbers, top plate in column for strippers

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Absorção e Dessorção