absorÇÃo quÍmica de diÓxido de nitrogÊnio

Eng. sanit. ambient. 49

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ABSORÇÃO QUÍMICA DE DIÓXIDO DE NITROGÊNIO (NO2)

CHEMICAL ABSORPTION OF NITROGEN DIOXIDE (NO2)

ANDRÉ BÚRIGO LEITE

Engenheiro Químico pela Universidade Regional de Blumenau (FURB). Mestre em Engenharia Ambiental pela UniversidadeRegional de Blumenau (FURB). Professor e Coordenador do curso de Engenharia Ambiental na Universidade

do Contestado (UnC)-Concórdia

SÁVIO LEANDRO BERTOLI

Engenheiro Químico pela Universidade Federal de Santa (UFSC). Mestre em Engenharia Mecânica pela UniversidadeFederal de Santa (UFSC). Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Santa (UFSC), Professor e

Pesquisador do Departamento de Engenharia Química da Universidade Regional de Blumenau (FURB)

ANTÓNIO ANDRÉ CHIVANGA BARROS

Químico Industrial pela Universidade Federal da Paraíba (UFP). Mestre em Engenharia Química pela Universidade Federalda Paraíba (UFP). Doutor em Engenharia Química pela Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Professor e

Pesquisador do Departamento de Engenharia Química da Universidade Regional de Blumenau (FURB)

Recebido: 10/05/04 Aceito: 26/01/05

INTRODUÇÃO

A absorção de gases é um processomuito utilizado em plantas industriais,principalmente nos processos químicos,seja na preparação da matéria-prima paraa transformação de insumos em produ-tos finais bem como na purificação dosprodutos obtidos de tais processos, queconsistem na transferência de um com-ponente de uma mistura gasosa para umlíquido absorvente devido à solubilidadee à diferença de concentração entre as fa-ses. Além disso, a transferência de massabem como as reações químicas envolvi-

das em todas as fases acontecem simulta-neamente e são extremamente importan-tes para a prática dos processos industriais.

O conhecimento dos fenômenos detransferência de massa envolvidos, nesteprocesso, é essencial para a avaliação dacapacidade de separação e o cálculo daeficiência de transferência de massa, con-dições operacionais primordiais para odimensionamento de equipamentos uti-lizados neste tipo de operação unitária.Estes equipamentos, definidos como co-lunas do absorção, incorporam em seuinterior dispositivos que visam o aumen-to da área efetiva de transferência de mas-

sa e são descritos na literatura como dis-positivos auxiliares de contato líquido-gás. Tais dispositivos, denominados pra-tos, dependendo da sua característica fí-sica e mecânica podem ser perfurados,valvulados ou de campânulas, e apresen-tam diferentes características operacionaisprincipalmente no que se refere aos fenô-menos de transferência e de borbulha-mento entre as fases na sua superfície.

A caracterização deste tipo de pro-cesso, e a sua grande relevância fenome-nológica, leva a sua aplicação ao tratamen-to de gases presentes em ambientes aére-os que estão sujeitos, face à natureza de

RESUMO

A absorção gasosa é comumente utilizada, nas indústrias de pro-cessos, para recuperar/obter compostos com alto valor agregado,bem como para a minimização de poluentes em ambientes aére-os contaminados. Neste trabalho, avaliou-se a influência dosparâmetros de processo para recuperação do NO2, utilizando-seo simulador comercial Process Provision (PRO II®). Com os re-sultados obtidos observou-se que a fração molar de NO2 no topoda coluna de absorção é praticamente nula. Fato, que levou aestabelecer uma relação entre as taxas de absorção, com reaçãoquímica, e a capacidade de transferência de massa ao longo dacoluna de absorção com pratos. O HNO3 formado pode serrecuperado, podendo vir a ser matéria-prima na fabricação defertilizantes inorgânicos.

PALAVRAS-CHAVE: Absorção gasosa, transferência de massa,NO2.

ABSTRACT

The gaseous absorption is commonly used in the industry of processesfor the recovery/obtain compounds with a high aggregated value, aswell as for the minimization of pollutants in aerial contaminatedenvironments. In this work, the influence of the parameters of theprocesses was evaluated for recovery of the NO2, using the commercialsimulator Process Provision (PRO II ®). With the results obtained, arelation between the absorption rates, with chemical reaction, andthe capacity of mass transference along the absorption column withplates, was established. The HNO3 can be recouped, being able tocome to be substance manufacture.

KEYWORDS: Gaseous absorption, mass transference, NO2.

Parte da dissertação de mestrado do primeiro autor, co-orientado pelo segundo autor e orientado pelo terceiro autor, apresentada ao Mestrado em Engenharia Ambiental da UniversidadeRegional de Blumenau.

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Leite, A. B; Bertoli, S. L. & Barros, A. A. C.

atividades de transformação, à presençade fontes geradoras de gases orgânicos einorgânicos. Estes contaminantes distri-buem-se pelo ambiente aéreo, principal-mente, pelos mecanismos convectivos edifusivos de transferência de massa asso-ciados a quantidade de movimento.

A absorção pode ser um processopuramente físico ou seguido por reaçõesquímicas, dependendo do grau de solu-bilidade do soluto no solvente. A absor-ção com reação química, foco deste traba-lho, tem vasta aplicação industrial, prin-cipalmente para a remoção de gases áci-dos, misturas inertes e hidrocarbonetosem correntes de ar. Quando utilizada, areação química aumenta a taxa de absor-ção e a eficiência de transferência de mas-sa, devido ao incremento da solubilidadedecorrente da presença dos reagentes.Além disso, a manipulação dos parâmetrosde processo (temperatura, pressão, vazõesde alimentação, entre outros) influenciadiretamente nas taxas de reação.

As operações de absorção são de em-prego generalizado nas indústrias quími-cas, petroquímicas e de alimentos bemcomo nos equipamentos do controle depoluição. Na indústria química, a produ-ção de ácidos clorídrico e sulfúrico envolvea absorção de gases em sua fase final e muitosoutros processos incluem a absorção emetapas intermediárias. A absorção é utiliza-da também, para a recuperação dos pro-dutos gasosos de misturas diluídas, comoé o caso da lavagem do gás de coque paraabsorção de amônia (NH3), nele contida,e o de absorção de dióxido de enxofre(SO2) em solventes como mono edietanolamina. Na indústria de petróleo aabsorção de componentes mais pesados,do que o metano, é feita em óleos leves naprodução do gás natural. (Gomide, 1988).

Os processos de absorção de NOxsão relevantes para a produção de HNO3utilizado na fabricação de fertilizantesinorgânicos, como o nitrato de amônia.Andrew e Hanson (1961) desenvolve-ram estudos de processos de absorção degases nitrosos em água, em colunas compratos perfurados, e avaliaram a influen-cia da vazão do gás na taxa de transferên-cia de massa. Similarmente, Dekker et al.(1959) observaram que a fase gasosa pro-porciona maior resistência à transferênciade massa, controlando, desta forma, oprocesso de absorção.

Suchar e Josi (1994), consideramque os processos de absorção de NOx sãocomplexos por envolverem reações quí-micas que demandam mecanismos com-plexos no modelo matemático e envolver

estequiometria que contempla as diversasformas de NOx (NO, NO2, N2O3, N2O4)além da reversibilidade e irreversibilidadedas reações químicas, dificultando aindamais o processo.

Kelly et al (1984) utilizaram o processode absorção para a remoção de gases ácidostendo metanol como o solvente. Para os auto-res, outros solventes podem ser utilizados,tais como metanolamina e o dietanolamina,mas as limitações com relação ao uso destes,são devido ao grande número de compos-tos sulfurosos formados, presença dehidrocarbonetos e dióxido de carbono(CO2) que devem ser constantemente re-movidos durante a operação de absorção.

Para Azevedo e Cruz (1994), quan-do se deseja que o gás ácido seja removidoaté teores menores, utiliza-se o processode absorção com um agente líquido comosolvente. Entre diversos solventes físicose químicos utilizados para a remoção degases ácidos, os mais utilizados comercial-mente são as alcanolaminas aquosas(aminoálcoois) e carbonato de potássioaquecido. Estas aminas apresentam van-tagens sobre outras, tais como baixavolatilidade, alta solubilidade em água etambém custos razoavelmente modera-dos. Além da escolha adequada do solvente,é necessário dimensionar e avaliar o siste-ma de tratamento da corrente gasosa, emparticular a coluna do absorção.

Existem diversas publicações quetratam de projetos de colunas de absor-ção. Quando a absorção é puramente fí-sica, o projeto é relativamente simples,desde que os dados necessários estejamdisponíveis. Entretanto, quando há pre-sença de reação química, informações adi-cionais são necessárias e, geralmente, oprojeto torna-se mais dispendioso. Assim,no caso de absorção com reação química,apesar de serem descritos na literaturavários métodos de projeto, há uma carên-cia de uma metodologia mais didáticapara o desenvolvimento do mesmo. Alémdisso, há dificuldade na obtenção dosdados necessários, quer experimentais,quer de estimativas.

De Leye e Froment (1986a e1986b) descreveram um algoritmo parao projeto de uma coluna de absorção comreação química e alguns exemplos de apli-cação sem, entretanto, apresentar o pro-grama computacional. Em 1994 Azeve-do e Cruz, desenvolveram um programaem linguagem PASCAL, mostrandodetalhes do modelo matemático, ondeavaliaram o número de estágios reaisnuma coluna de absorção com reaçãoquímica para o sistema dióxido de carbo-

no/monoetanolamina e avaliaram algunsparâmetros de projeto sobre a capacidadeda recuperação do dióxido de carbono.

Modelagem de estágios deequilíbrio

A modelagem de estágios de equilí-brio tem sido muito explorada, na litera-tura, por diversos autores, destacando-seHigler et al (1998) que desenvolveram omodelo para determinar o número depratos reais, baseado na definição de Lewis(1922) e Powerst et al (1988) que avali-aram o grau de separação mediante aimplementação das taxas de transferên-cia de massa e de energia na interface lí-quido-gás, numa seção de uma coluna derecheios. No trabalho desenvolvido pe-los autores o equilíbrio termodinâmico foiconsiderado, condição que permitiu in-troduzir a eficiência de transferência demassa para corrigir as distorções oriundasdas suposições de equilíbrio entre as cor-rentes que abandonam um dado estágio.

Para a descrição do modelo mate-mático a Figura 1 é utilizada, na qual seobserva que um gás que contém umsoluto é alimentado no fundo da colunae um líquido puro (solvente) é alimenta-do no topo deste equipamento e ambasas correntes escoam em contracorrentepermitindo uma forte interação entre asfases nos diversos dispositivos internos decontato. Neste processo o soluto é trans-ferido da fase gasosa para a fase líquida,permitindo que a corrente gasosa, queabandona a coluna, tenha uma reduçãono poluente, cujo grau de recuperaçãodepende da eficiência de transferência demassa neste processo. O poluente absor-vido pela fase líquida poderá, numa se-gunda etapa, ser recuperado utilizandooutros processos de separação tais como adestilação, adsorção líquida, entre outros.

No estágio ideal ou de equilíbrio,Figura 2, a mistura entre as fases é hipo-teticamente perfeita, de modo que as cor-rentes que deixam o estágio estejam emequilíbrio entre si e a intensidade de mis-tura caracteriza a ausência do gradientede concentração ao longo do prato.

Balanço de massa porcomponente no prato N

O balanço de massa por componen-te, que descreve o modelo matemático doprocesso de absorção e que incluí as cor-rentes de alimentação e as saídas lateraisdo gás e do líquido, é apresentado naEquação 1.

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Figura 2 - Caracterização das correntes no estágio de uma coluna de absorção

Figura 1- Coluna de absorção caracterizando modelo de equilíbrio

Em que SG e SL são os fluxos de gáse líquido na corrente lateral (mol/s), F é ofluxo do componente na alimentação(mol/h) e fgg e fll são os fluxos do com-ponente na fase gasosa e na fase líquida

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(mol/s), respectivamente. Nesta avaliaçãonão estão envolvidos os balanços de ener-gia pois o processo é isotérmico e, generi-camente, as temperaturas das correntesde alimentação são iguais.

Modelagem de estágios deequilíbrio com reaçãoquímica

Muitos processos de absorção in-dustrial ocorrem com reações químicas,principalmente na fase líquida entre o

solvente e o soluto, cujos produtos da re-ação são solúveis no líquido. A reação deum soluto absorvido com um reagentena fase líquida, segundo Treybal (1980)tem como principais conseqüências:

• a formação de um novo compos-to que reduz a pressão parcial do soluto,tendo como conseqüência o aumento daforça motriz entre as fases e o aumento dataxa de absorção;

• aumento dos coeficientes de trans-ferência de massa da fase líquida que con-tribui para o aumento das taxas de absorção.

(1)

Absorção de NO2 e sua relevância ambiental

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0,1,.1 =+−++ ⎟⎟⎠

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Segundo Perry e Chilton (1986) amaioria dos processos de absorção usadosnas indústrias envolve reações químicasna fase líquida, reações estas que elevam ataxa de absorção e aumentam a solubili-dade do soluto no solvente, quando com-parado com absorção física. Porém, faz-senecessário o conhecimento dos princípiosda absorção física, para o entendimentoda absorção química. Esta recomendaçãose faz necessária, uma vez que, métodosclássicos de projetos aplicados em equi-pamentos de absorção física, que admi-tem processo isotérmico ou adiabático,têm sido aplicados em projetos de equi-pamentos que envolvem absorção quími-ca. Porém, para os autores, o projeto dosprocessos de absorção, envolve procedimen-tos rigorosos baseados em simplificações,válidas para várias condições de operação.

Nestes procedimentos a temperatu-ra da fase líquida é assumida constante aolongo do equipamento e igual a sua tem-peratura de alimentação. Esta aproxima-ção ignora todos os efeitos térmicos doprocesso e é somente válida quando o gásde alimentação é suficientemente diluí-do. Como observou Perry et al (1984), oproblema que surge ao se considerar válidaesta aproximação é definir, para cada siste-ma, os parâmetros relacionados à diluição.

Um outro método clássico, de pro-jeto, admite o comportamento adiabáticopara a coluna de absorção, assumindo,dessa forma, que o calor de solução servesomente para aquecer o líquido. Por estarazão, torna-se possível relacionar o au-mento da temperatura da fase líquidacom a concentração de soluto por umbalanço de entalpia. Com relação à vali-dade deste método, comparações feitaspor Stockar et al (1974) com métodosmais rigorosos e clássicos de projeto ad-mitindo a hipótese do comportamentoadiabático para coluna de recheio, per-mitiram o uso de fatores de correção (1,25a 1,5) para a determinação da altura realdo recheio.

Uma das considerações importan-tes envolvidas no projeto e operação decolunas de absorção, com reação, é a de-terminação do perfil de temperatura aolongo da coluna e a análise dinâmica doprocesso, para processos não permanen-tes, de forma a se avaliar estratégias decontrole e modificações das condiçõesoperacionais do equipamento uma vezque, a solubilidade do gás depende forte-mente da temperatura.

Segundo Perry e Chilton (1986),quando os efeitos térmicos não podemser desprezíveis, como nas aproximações

isotérmica e adiabática, o dimensio-namento das colunas de pratos ou recheioé mais complexo.

Pode-se estender esta observação aoestudo de estratégias de controle para co-lunas de absorção com reação química,uma vez que, com as simplificações queenvolvem os efeitos térmicos, a modela-gem e simulação do processo tornam-semais simples, em termos de variáveis con-troladas e manipuladas. Desta forma,deve-se verificar as condições de opera-ção mais adequadas para a representaçãodo comportamento real e utilizá-la noestudo de estratégias de controle.

Segundo Froment e Bischoff(1990), até recentemente, o projeto e si-mulação de colunas de absorção, com re-ação química, tem sido baseado em sim-plificações como as citadas. Sendo assim,os autores desenvolveram modelos rigo-rosos, no estado estacionário, para colu-nas de pratos, admitindo condições deoperação não isotérmicas e não adiabáticas.Os autores observaram os detalhes técni-cos e características operacionais de váriostipos de colunas de pratos discutidas naliteratura, baseado em correlações obti-das através de aproximações teóricas. Es-tas aproximações, segundo os autores, es-tão sendo substituídas por modelos reaisobtidos com o envolvimento das taxas detransferência de massa, explicitamente,no modelo matemático. Justificam os au-tores que esta aproximação, por conside-rar os fluxos de transferência de massaexplicitamente, pode descrever o proces-so de absorção com reação química deuma forma mais realística.

Stockar et al (1974), avaliaram osefeitos térmicos no processo de absorçãoem colunas de pratos e concluíram que osmesmos são responsáveis pelo aumentoda temperatura, ao longo da coluna, ba-seado nos seguintes fatores:

• calor de solução do soluto (inclu-indo o calor de condensação, calor demistura e calor de reação);

• calor de vaporização e condensaçãodo solvente;

• troca de calor sensível entre a faselíquida e a fase gasosa;

• perda de calor sensível para as ser-pentinas de resfriamento ou para a at-mosfera através das paredes da coluna.

Segundo os autores, nas situaçõesreais, a forte interação entre os parâmetrosdescritos impede aproximações por sim-plificação. Neste caso, é recomendado odesenvolvimento de um modelo que en-volva os efeitos térmicos para a avaliaçãodos processos de absorção gasosa que au-

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Em que AG é o componente absor-vido, RL é o reagente na fase líquida e PL éo produto da reação.

Como as reações podem apresentardiferentes taxas de reação, a composiçãodo soluto na fase líquida, em cada prato,depende do número de Hatta que, paraabsorção com reações moderadamenterápidas este parâmetro situar-se-á entre0,3 e 3 e para reações muito rápidas onúmero de Hatta deverá ser superior a 3.

mentam significativamente a complexi-dade do modelo.

Grande parte dos modelos de colu-nas de pratos foi desenvolvida baseadono conceito de estágios teóricos, caracte-rizados pelo equilíbrio entre as correntesde gás e de líquido que deixam o estágio.Esta aproximação vem sendo progressi-vamente substituída por modelos maisrealísticos (modelo de estágios de não equi-líbrio Barros et al (1997, 1997a,b, 1998, 2001), Khrisnamurthy andTaylor (1995)) tanto para os processosde absorção física como os de absorçãoquímica.

Colunas de pratos

As colunas de pratos são usadas emprocessos que envolvem maior tempo decontato entre as fases líquida e gás. Se-gundo Froment e Bischoff (1990), ascolunas com pratos são as mais preferi-das, nos processos de absorção química,quando comparadas com colunas de re-cheio pois envolvem grandes cargas dealimentação, elevado tempo de contatointerfacial e grandes coeficientes de trans-ferência de massa, apropriados para estetipo de processos.

A abordagem da modelagem de co-lunas de pratos apresentada a seguir foidesenvolvida por Froment e Bischoff(1990) e Deleye e Froment (1986a, b),na qual o escoamento do gás ocorre emfluxo pistonado e o líquido no prato écompletamente misturado.

Considerando-se, novamente, aFigura 2 que envolve todas as correntesnum único prato de absorção e admitin-do-se a possibilidade de existência de cor-rentes laterais, correntes de alimentação,além das correntes internas de líquido e gás,pode-se efetuar os balanços macroscópicosde massa global e por componente, confor-me a Equação (2) para reação química sim-ples (reação de primeira ordem).

(2)

∑→∑+==

nP

1j

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1j

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GA PcRbAa


dade de recuperação, nas condições deoperação avaliadas que proporcionaram aredução significativa deste poluente nacorrente gasosa.

Assim, acredita-se que o estabeleci-mento de novas concepções tecnológicasé uma busca constante de estratégias parao desenvolvimento de tecnologias am-bientais capazes de minimizar a emissãode gases tóxicos para atmosfera ou recu-perar os gases, condições que favorecem asolução de problemas ambientais.

Encontrando respostas para tais dú-vidas, certamente a sociedade tende a en-contrar um caminho com o desenvolvimen-to, porém, garantindo a sustentabilidadedo meio ambiente para as gerações futuras.

METODOLOGIA

Neste trabalho avaliou-se a absor-ção de dióxido de nitrogênio (NO2), emágua (H2O), tendo como produtos dereação o óxido nítrico(NO) e o ácidonítrico(HNO3), sendo este último impor-tante intermediário na produção de ferti-lizantes utilizados na agricultura.

O NO2, é um gás de coloração cas-tanha que pode ser oriundo de diversasfontes antrópicas como motores de com-bustão interna, fornos industriais,incineradores, indústria de cal, de fertili-zante, bem como de fontes naturais comoprocessos biológicos. É um gás que se ex-posto a ambientes de trânsito humano,pode ser prejudicial à saúde causandodesde inflamação no tecido pulmonar,bronquite, e até mesmo a morte.

Para esta simulação, valores das cons-tantes de solubilidade em água e de Henrypara os componentes nas diversas tempe-raturas de simulação, foram fornecidaspelo próprio banco de dados do progra-ma Process.

Para avaliar a absorção de dióxidode nitrogênio com reação química, emcolunas de absorção, Wiegand et al,(1990) desenvolveram o modelo de equa-ções das taxas de reação e observaram quea reação global (5) pode descrever o fenô-meno de transferência de massa com rea-ção química, no processo de absorção. Areação avaliada pelos autores é de 3a or-dem, em relação ao reagente, dióxido denitrogênio, e ocorre na fase líquida.

Relevância ambiental doprocesso de absorção

Na medida em que o tempo passa,as preocupações com o meio ambienteimpõem novas estratégias de vida que se de-frontam com toda uma série de problemasglobais, como a contaminação e degradaçãodo meio ambiente, a crise de recursos natu-rais, de recursos energéticos e de alimentos.

Com a identificação dos problemasque abalam a humanidade percebe-se queestes não podem ser entendidos isolada-mente, pois estão todos interligados e sãointerdependentes. Tais problemas resul-tam da alta taxa de crescimento popu-lacional que aumenta a utilização excessi-va e desordenada dos recursos do plane-ta. De todo modo, o consumo exacerba-do dos recursos oriundos das reservas na-turais proporcionam a degradação pro-gressiva dos solos, poluindo o ar atmosfé-rico e afetando as condições de regenera-ção dos ecossistemas.

Os processos de absorção podem serutilizados como “ferramenta” ambiental,pois permitem minimizar os poluentes at-mosféricos oriundos dos processos indus-triais, como o dióxido de nitrogênio ava-liado neste trabalho, devido à alta capaci-

Para reações moderadamente rápidas o ba-lanço de massa para o componente j édescrito conforme a Equação (3).

Em que A’ é área interfacial por m3

de espuma sobre o prato (m2/m3), Ω é aseção transversal da coluna (m2), hF é aaltura da espuma, causada pela velocida-de de contato entre o vapor e a água, sobre oprato (m), a é o coeficiente estequiométrico,r é a taxa de reação (mol/m3s), AG é a áreainterfacial por unidade de volume do líqui-do (m2/m3), δ é a espessura do filme (m)e ε 1é a fração do líquido na espuma.

Para reações muito lentas (númerode Hatta menor que 0,3) o balanço demassa para o componente j é descrito deacordo com a Equação (4).

Para o desenvolvimento deste traba-lho, foi utilizado o simulador comercial ProcessProvision PROII e avaliada a absorção dodióxido de nitrogênio em água, utilizando-se a reação química descrita na Equação 5.

O simulador Process Provision PROIIfoi desenvolvido pela Simsci e vem sendolargamente utilizado na simulação de equi-pamentos e operações unitárias. Possui umvasto banco de dados no que diz respeito acomponentes e processos operacionais. Épossível definir diversos parâmetros deoperação como unidades de medidas, es-pecificar padrões como pressão, volume,temperatura, permitindo também, que seescolha o modelo termodinâmico.

Trabalhou-se com projeto de colu-nas com 14 estágios (pratos), cujas tempe-raturas de alimentação, da fase gasosa e dafase líquida (solvente), foram mantidasconstante (30 oC) e avaliou-se a influênciados parâmetros de processo e de projetosobre a performance da coluna e as taxasde absorção neste processo. Os dados ob-tidos foram avaliados e estão presentes nositens subsequentes deste trabalho.

Para se avaliar a influência da vazãodas correntes de alimentação sobre o com-portamento da coluna de absorção, fixou-se, numa primeira etapa, as vazões de ali-mentação do gás (100 kgmol/h) e modifi-cou-se as vazões de alimentação do solvente(de 300 à 1000 kgmol/h) e, na segundaetapa do processo, fixou-se a vazão de ali-mentação do solvente (100 kgmol/h) emodificou-se a vazão de alimentação do gás(de 300 à 1000 kgmol/h), condições quepermitiram estabelecer a relação S/F ótima.

RESULTADOS EDISCUSSÃO

Na Figura 3, observa-se o consumodo solvente (água) e a produção de ácidonítrico.

Os resultados destas avaliações(Figura 4), tanto para os produtos de rea-ção como para o consumo dos reagentes, amelhor performance é alcançada para va-zões de gás maiores que a vazão de líquido(relação S/F menor que 1). Este efeito, se-gundo Counce e Perona (1979), é causa-do pelo aumento da intensidade deborbulhamento do líquido sobre o prato.

Nas Figuras 4 (e, f ) observa-se queo consumo de NO2(g) aumenta com oaumento da relação entre a vazão de ali-mentação do solvente (S) e a vazão dealimentação da mistura gasosa (F) (rela-ção S/F) pois, nestas condições de opera-ção, o tempo de contato líquido-gás au-menta em função do aumento da crista(Figura 4) e do aumento da intensidadede borbulhamento (Figura (4 f )), condi-ções que favorecem o aumento dos coefi-cientes de transferência de massa nos pro-cessos de absorção.

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3NO2 (g)+ H2O (l) ⇔ NO (g)+ 2HNO3 (l) (5)

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(4)

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( ) 01, =Ω−− LFhLGAjrjja εδ



Figura 3 - Característica do processo de absorção reativa:consumo do solvente (água) e produção de ácido nítrico

Figura 4 - Relação entre S/F e as frações molares de HNO3, NO2 e NO

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Com base nas avaliações anteriores,obteve-se as condições ideais de operaçãoque permitiram o uso da relação S/F de0,25 (100/400) como aquela considera-da ótima e que atende às especificaçõesda literatura.

Para melhor entender o comporta-mento descrito na Figura 4 pode-sevisualizar os resultados numéricos nasTabelas 1 e 2, para diversas relações S/F,os quais mostram a influência das vazõesde alimentação nos processos de absorçãocom reação química.

Observa-se nas Tabelas 1 e 2 a qua-se constância das frações molares do NO.Este fato é devido, a reação do processo(5) favorecer a formação de HNO3 e nãoa formação do NO.

As influências das temperaturas dealimentação do gás e do líquido, foramtambém avaliadas e, similarmente as ob-servações de Holma e Sohlo (1979), o au-mento da temperatura da fase gasosa, di-minui a formação dos produtos de reação,no processo de absorção de gases que con-têm o NO2 como soluto. Segundo aWiegand et al (1990), à medida que au-menta a temperatura de alimentação dacorrente gasosa, diminui a concentração deHNO3 na corrente dos produtos do fundoda coluna, como se observa na Figura 5.

A influência da temperatura de ali-mentação do solvente (Figura 6), foi ava-liada tendo-se observado que a tempera-tura desta corrente não exerce grande in-fluência sobre o comportamento do pro-cesso. Neste processo, de uma forma ge-nérica, com o aumento da temperaturado solvente aumenta a formação deHNO3 e as taxas de absorção de NO2.Pode-se afirmar que o aumento da tempe-ratura da fase líquida não interfere no pro-cesso uma vez que é a fase gasosa que con-trola o processo de transferência de massa.

CONCLUSÕES

Com os resultados obtidos pôde-seobservar que existem parâmetros de gran-

Tabela 1- Comparação entre as frações molares de HNO3, NO

2 e NO

e a relação S/F

Tabela 2 - Comparação entre as frações molares de HNO3, NO

2 e NO

com a relação S/F

O comportamento descrito naFigura 4 (e, f) é similar ao comportamen-to da Figura 4 (a, b) sendo que, desta vez,com o aumento da relação S/F, diminui afração molar de ácido nítrico na correntedos produtos da base da coluna.

Para o NO, as frações molares destecomponente no topo da coluna de ab-sorção aumentam com o aumento da re-lação entre as vazões de alimentação. Amodificação das vazões ou da reação S/Fmodifica, acentuadamente, as fraçõesmolares dos componentes.

de relevância no processo de absorção degases com reação química, principalmen-te na absorção de dióxido de nitrogênio.

A melhor capacidade de operaçãoda coluna de absorção é obtida para va-zões de gás maiores que as de líquido, jus-tificado pelo aumento da intensidade deborbulhamento entre as fases sobre o pra-to e do aumento do tempo de contatolíquido-gás.

O aumento da temperatura de ali-mentação do gás proporciona a diminui-ção do consumo do soluto bem como adiminuição da formação dos produtos dareação, ocasionados pelos fenômenos devaporização no processo de absorção, de-corrente da baixa temperatura de ebuli-ção dos seus componentes.

LISTA DENOMENCLATURA

a, b, c, d: Coeficientes estequiométricosA: ComponenteAG: Área interfacial gás-líquido por uni-dade de volume do líquido (m2/m3)

A’G: Área interfacial gás-líquido por m3

de espuma sobre o prato (m2/m3)BM: Balanço de massaF: Fluxo (vazão mássica) do componentena alimentação (mol/h)fll: Fluxo do componente na fase líquida(mol/s)fgg: Fluxo do componente na fase gás(mol/s)G: Fase gáshF: Altura da espuma sobre o prato (m)L: LíquidoN: Fluxo de transferência de massa entreas fases (mol/s)P: Produto de reaçãoQG : Calor removido da fase gasosa (j/s)QL : Calor removido da fase líquida (j/s)R: Reagenter: Taxa de reação (mol/m3s)S: Fluxo (vazão mássica) na corrente late-ral (mol/s)X: Fração molar do componente na faselíquidaY: Fração molar do componente na fasegasosa


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Leite, A. B; Bertoli, S. L. & Barros, A. A. C.AAAA A

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LISTA DE SÍMBOLOSGREGOS

δL: Espessura do filme (m)εL: Fração do líquido na espumaΩ: Seção transversal da coluna (m2)Subscritosj: ComponenteB: Basen: EstágioT: TopoSobrescritosG: Fase GásL: Fase Líquido

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Figura 5 - Influência da temperatura de alimentação da fase gasosa

Figura 6 - Influência da temperatura de alimentação da fase líquida no processo de absorção

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