absorção de gases

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Operações Unitárias

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Absoro de gases

Absoro de gasesAbsoro e dessoroA absoro de gases (designada em lngua inglesa por Gas Absorption ou ainda por Scrubbing) um processo com o qual se pretende remover preferencialmente um ou mais componentes de uma mistura gasosa por contato com uma corrente lquida onde esses componentes se dissolvem.

A operao inversa chama-se Desabsoro (Desorption ou Stripping), na qual um componente dissolvido num lquido passa para a fase gasosa.Absoro de gasesContato de um gs com um lquido para dissoluo preferencial de um ou mais componentes do gs, resultando em uma soluo lquida

Transferncia de massa de uma substncia da corrente gasosa para o lquido.

Usos: Recuperao de gases de interesse Tratamento de efluente gasoso

Exemplos:

- Lavagem (absoro) com gua de amnia presente em gases subprodutos de fornos de coque e lavagem dos gases restantes com leo para absoro dos vapores de tolueno e benzeno.

- Absoro de H2S com soluo alcalina

- Recuperao de vapores de um solvente valioso pela lavagem com um solvente lquido apropriado.AplicaesOs processos de Absoro e Dessoro so muito usados para produo, separao e purificao de misturas gasosas e concentrao de gases.

Produo de cidos (sulfrico, clordrico, ntrico e fosfrico), de amonaco, de amnia, de formaldedo, de carbonato de sdio, no tratamento de gases de combusto do carvo e de refinarias do petrleo, na remoo de compostos txicos ou de odor desagradvel (como o gs H2S), na purificao de gases industriais e na separao de hidrocarbonetos gasosos.Transferncia de massa do lquido para a corrente gasosa dessoro (desorption ou stripping).

Para regenerar o solvente, ou para obter a corrente gasosa na sua forma pura, pode elevar-se a temperatura ou pode usar-se vapor de gua numa coluna de dessoro, tambm designada coluna regeneradora. Como exemplos, refira-se a absoro de NH3em gua (NH4OH) a partir do ar, seguido de elevao de temperatura para recuperao do NH3.

Coluna de enchimento e coluna de pratos perfurados

Solubilidade de equilbrio de gases em lquidosEquilbrio dois componentes

Uma determinada quantidade de um dado gs colocada em contato com um lquido no voltil de modo que o equilbrio atingido (P e T constantes) concentrao resultante do gs dissolvido no lquido a solubilidade do gs nas condies de P e T dadas.

Grfico: Presso parcial do soluto no gs vs. Frao molar do soluto no lquido determinao experimental

Presso de equilbrio de um dado gs em um determinado lquido:

alta gs relativamente insolvel no lquido (curva B).

baixa gs muito solvel no lquido (curva C).

Solubilidade C > solubilidade A > solubilidade B

Solubilidade de um gs afetada pela temperatura conforme descrito pela equao de Vant Hoff (equao que mostra o efeito da temperatura no equilbrio de uma dada reao).

T favorece a reao no sentido endotrmico (absoro de calor).

Em geral:

Soluto gasoso + Lquido Soluo lquida H < 0

T Diminuio da solubilidade (curvas de absoro de NH3 em gua a 10 e 30oC).

Sistema Multicomponente:Uma determinada quantidade de uma mistura gasosa colocada em contato com um lquido no voltil de modo que o equilbrio atingido (P e T constantes) solubilidades de equilbrio de cada gs so independentes se o equilbrio descrito em termos das presses parciais na mistura gasosa.

Se todos os componentes da mistura gasosa exceto um forem insolveis no lquido suas concentraes nos lquidos sero to pequenas que no podero influenciar a solubilidade do componente relativamente solvel.

Exemplo: Curva A descreve a solubilidade de amnia em H2O e tambm pode descrever a solubilidade de NH3 em gua quando a amnia est diluda no ar, desde que o ar seja totalmente insolvel na H2O. Presso de equilbrio a presso parcial da amnia na mistura gasosa.

Se vrios componentes da mistura so apreciavelmente solveis a solubilidade de cada gs s poder ser considerada independente se as solues resultantes dos gases no lquido forem ideais.

Exemplo: Mistura gasosa de propano e butano absoro em leo parafnico no voltil esses gases se dissolvem de forma independente desde que as solues resultantes sejam ideais.

- NH3 e metilamina em H2O solubilidade influenciada pela presena de metilamina, uma vez que as solues resultantes desses gases no so ideais.

Mistura gasosa em equilbrio com um leo (hidrocarboneto); T = 24oC, pT = 2 . 105 N/m2.Componentesyp a 24oCMetano0,601,20 . 105desprez.Etano0,2042,05 .1050,40 . 1050,0095Propano0,088,96 . 1050,16 . 1050,018n-Butano0,062,36 . 1050,12 . 1050,051n-Pentano0,060,66 . 1050,12 . 1050,182TOTAL:1,00,261leo = 1 - 0,261 = 0,739

A presso (a 24oC) superior Pcrtica para o CH4, portanto, para a baixa presso total (2 . 105 N/m2) do problema, a solubilidade do CH4 pode ser desprezada.

Soluo lquida no ideal: Escolha do Solvente:Ter um alto grau de solubilidade para o soluto (minimiza a quantidade de absorvente requerido)

2. Ter baixa volatilidade (aumenta a recuperao de soluto e reduz a perda de absorvente)

3. Ser estvel (reduz a reposio de absorvente) 4. No corrosivo (diminui os custos com equipamentos resistentes a corroso)

5. Ter baixa viscosidade (reduz a queda presso e exigncias de bomba, assim como, aumenta o fluxo de massa)

6. No forme espuma quando em contato com gs (reduz o tamanho do equipamento)

7. No seja txico e inflamvel (segurana)

8. Esteja disponvel do processo (reduz custo, reduz a necessidade de fontes externas)

Escolha do Solvente:Reao qumica entre soluto e solvente solubilidade do gs muito elevada.

Se o solvente precisar ser reutilizado reao deve ser reversvel.

Exemplos: Remoo de H2S de uma mistura gasosa usando soluo de etanolamina ocorre prontamente em baixas temperaturas e a dessoro fcil em altas temperaturas.

Remoo de H2S com NaOH excelente mas a dessoro no ocorre.

Operao em estgio nico com transferncia de um componenteonde y e x so respectivamente as fraes mssicas de soluto no gs e no lquido numa seo genrica, y1 e x1 s so respectivamente as fraes mssicas de soluto no gs e no lquido na seo do topo.

Isolando y no 1o membro, resulta:

a linha de operao representa o balano de massa de soluto na coluna de absoro

Colocando em funo do solvente (que no se altera) e das razes molares, tem-se:

Gs (Y1 Y) = Ls (X 1 X)

Quantidade mnima de solvente

Quantidade de lquido Concentrao fora motriz menor tempo de contato maior coluna mais altaTangente Mnimo de lquidoEm P Fora motriz = 0 Tempo infinito Coluna de altura infinita

Estgio terico ou ideal composio mdia do gs que deixa o estgio est em equilbrio com a composio mdia do lquido que deixa este estgio

Operao multiestgio contracorrente / transferncia de um componenteFator de absoro:A = L / mG razo da inclinao da linha de operao e da curva de equilbrio A < 1 convergncia das curvas no fundo do equipamento absoro limitada A > 1 qualquer quantidade pode ser absorvida desde que haja # suficiente de pratos Grau de absoro fixo para quantidade fixa de gs A > 1 excesso de lquido # de pratos custo Valor de A + econmico A = 1,25 a 2,0