Absorventes e

AdsorventesAlunos: Adriano Gaio, Pedro Henrique Gwiggner Serighelli, Luiz Carlos

Brandalise.

Absorventes

Os absorvedores so equipamentos utilizados para a absoro de gasesou vapores. A absoro uma transferncia de massa de uma fase

gasosa para uma fase lquida.

Ela consiste na transferncia de um componente (absorbato) presente emfase gasosa (gs de arraste) para um lquido (absorvente.

Mais especificamente, no controle de poluio do ar, a absoro envolvea remoo de um contaminante gasoso de uma corrente gasosa por sua

dissoluo em um lquido.

A absoro um processo de transferncia de massa que se d devido auma diferena de concentrao entre os meios presentes. Esta

transferncia ocorre at que continue havendo diferena de

concentrao nos meios envolvidos.

Entretanto, o equilbrio no to facilmente atingido, uma vez que adiferena de concentrao depende da solubilidade do soluto.

Princpio dos Absorvedores

Os gases efluentes passam atravs de absorvedores (lavadores) quecontm lquidos absorvedores que removem, tratam ou modificam os

poluentes.

Eficincia de Remoo depende:

Tempo de Contato;

Concentrao do meio absorvente;

Velocidade de reao entre o absorvente e os gases;

Coeficiente de transferncia de massa.

A absoro efetiva do gs depende do contato ntimo entre as fasesgasosa e lquida. Assim, solubilidade do contaminante no solvente um

parmetro muito importante a ser avaliado.

Se o soluto bastante solvel em gua, ento altas taxas de absoropodem ser conseguidas. Entretanto, em alguns casos, um reagente

qumico pode ser adicionado ao lquido absorvente afim de elevar o

percentual de eficincia na remoo do soluto.

Estes reagentes podem aumentar a solubilidade fsica do contaminanteou podem ainda reagir quimicamente com este contaminante.

o que ocorre, por exemplo, com os chamados neutralizadores de odorque, aumentando a eficincia de absoro dos gases, acabam por

eliminar gases com mal odor da corrente gasosa.

Neste caso, normalmente aplica-se a soluo (gua + neutralizador) vianebulizao, afim de aumentar a eficincia do processo.

A absoro necessita de um tratamento secundrio, uma vez que apenasrecupera o contaminante gasoso.

Tipos de Reatores

O processo de absoro pode dar-se ainda em equipamentosespecficos: os absorvedores ou lavadores.

Tratam-se de dispositivos nos quais realiza-se a separao de um poluentegasoso por intermdio da lavagem do mesmo com gua (ou uma soluo

qumica conveniente), que na maioria dos casos nebulizada para formar

pequenas gotculas.

A faixa usual de eficincia de absorvedores de 80% a 99% (at 99,7%),para equipamentos adequadamente projetados.

Os lavadores so equipamentos de controle de poluio do ar quepodem ser utilizados tanto para o controle de material particulado (MP)

como para o controle de gases e vapores.

Os lavadores utilizados para o controle de gases e vapores recebem adenominao de absorvedores.

Torres de absoro podem ser mais eficientes para absoro de gases doque de particulados.

Elas utilizam mtodos mecnicos para obteno de bom contato entre asfases lquida e gasosa de modo a promover transferncia de massa

favorvel.

As torres de absoro so colunas utilizadas industrialmente h anos emoperaes unitrias tal como destilao, absoro e extrao.

Vrios benefcios podem ser obtidos com a adio de produtos qumicos(absorventes) ao lquido lavador. O uso de ctions bsicos (sdio,

magnsio e clcio) para reagir com SO2 reduzindo-o a sulfitos e sulfatos

tem sido adotado, gerando um aumento da remoo do SO2 e

prevenindo corroso, no caso de um componente cido na corrente

poluente.

Outros materiais servem como oxidantes, inibidores e catalisadores epodem melhorar a lavao.

No caso de lavadores a seco, os qumicos injetados so usualmentehidrxidos que por sua vez reagem com os poluentes de carter cido, ou

ainda o contrrio (poluente bsico e absorvente cido).

Na questo da poluio atmosfrica, so comuns absorvedores cujascorrentes lquidas e gasosas agem em trs sentidos:

Contracorrente;

Concorrente;

Corrente cruzada.

Embora haja diferena nestes 3 casos, tanto o gs quanto o lquido devemdistribuir-se uniformemente ao longo do leito.

Contracorrente

No caso da absoro em contracorrente, o lquido absorvedor distribudo uniformemente ao longo da coluna por gravidade.

A corrente de gs contendo os poluentes entra pelo fundo da coluna e forada a subir.

A absoro do gs poluente se faz pelo contato do gs ascendente como lquido absorvedor descendente.

Concorrente

A corrente gasosa apresenta a mesma direo de fluxo do lquidoabsorvedor (neste caso descendente).

Corrente Cruzada

O poluente entra por uma lateral da torre saindo pela outra passando pelomeio absorvedor (este ltimo descendente). O fenmeno de transferncia

de massa ocorre de forma semelhante aos dois casos anteriores.

Tipos de absorvedores:

Torres com enchimento;

Torre de pratos;

Lavador Venturi;

Lavador de asperso;

Roto clone.

Torres com

Enchimento

Constituem-se de um

cilindro preenchido com

material de enchimento

(suporte) sustentado tanto

no topo quanto na base de

modo a permitir a

separao das fases.

O enchimento geralmente feito de carbono, cermica, vidro, plstico,teflon, ao inoxidvel e outros materiais.

Algumas das formas comercialmente disponveis so as selas Berl eCelenox, os anis de Raschig, anis Cross-partition, anis de Pall e Lessing e

o enchimento Cannon.

Existem variaes no tamanho destes suportes. Em geral, materiais deenchimentos com tamanho inferior a 2,5 cm (1 in) so usados em torres

com menos de 30 cm de dimetro; materiais de enchimentos inferiores a

3,8 cm (1,5 in) para torres com menos de 91 cm de dimetro e

preenchimentos com tamanho superior a 5 cm (2 in) so usados em torres

de dimetro superior a 91 cm.

Selas Celenox e Berl

Anis Pall e Lessing

Anis Rasching e Cross-Partition

Entre as principais caractersticas e funes do enchimento esto:

Aumentar a rea superficial de contato entre os fluidos (aumentam atransferncia de massa; no entanto, podem ser tambm um foco de

ocorrncia de incrustaes e entupimento);

Reduzir a perda de carga do gs;

Promover boa distribuio dos fluidos ao longo da torre;

No reagir com nenhuma das fases lquida ou gasosa;

Ter resistncia mecnica suficiente para manter sua forma original nacoluna;

Viabilidade econmica diante dos demais parmetros de construo datorre;

Ser resistente abraso originada por atrito no interior da coluna.

As torres com enchimento podem ser obstrudas se o gs contiver materialslido.

Vantagens

Baixa Perda de carga.

Mais simples e barato de construir.

Prefervel para lquidos com grande tendncia de formar espumas.

Torre de Pratos

Este tipo de absorvedor no

apresenta grelhas (suporte) ou

qualquer tipo de enchimento,

mas furos distribudos

uniformemente nos pratos que

o constituem.

O nmero de furos, sua forma e arranjo varia de acordo com a coluna,mas eles tm frequentemente 3 mm (1/8 in) de dimetro.

Neste caso, o gs em ascenso promove uma resistncia passagem dolquido (descendente) de forma a manter um acmulo em cada prato

onde h um contato entre as fases.

O nvel de lquido no prato funo tanto do fluxo da fase lquida quantoda gasosa. necessrio manter pratos com tamanho e nmero de furos

consistentes de modo a manter uma altura de lquido equilibrada em

cada prato.

O contato feito atravs dos borbulhadores

Vantagens

Menos suscetvel a tampar devido a material particulado.

Mais leve.

mais fcil de ser limpa.

Resiste contraes e expanses trmicas, quando h grandes variaes de temperatura.

Lavador Venturi

Embora os lavadores Venturi

sejam comumente utilizados

para o controle de

particulados, podem tambm

ser utilizados como

absorvedores.

Operam em regime concorrente sendo que as perdas de carga ao longodestes equipamentos variam de 5 a 350 cmH2O.

A absoro do gs ocorre a velocidades de contato mais baixas do queno caso de remoo de particulados.

No caso do lavador Venturi, o contato entre o gs e o lquido feitoatravs da superfcie das gotas formadas (na regio da garganta) sendorecomendados apenas para gases altamente reativos no absorvente

escolhido.

O fluxo de gs que passa por essa garganta forado a fluir com altasvelocidades, alcanando valores entre 50 e 90 m/s ou maiores.

Vantagens

Alta eficincia de remoo de material particulado.

Trabalha em processo via mida.

Desvantagens

Alto consumo de energia devido alta perda de carga.

Consumo de gua relativamente elevado.

Gera efluentes lquidos.

Alta perda de carga necessria para seu funcionamento.

Lavador Lavadores

de Asperso

Tal como o lavador Venturi, as

torres de asperso (ou spray)

tambm so utilizadas tanto

para particulados como para

gases. Podem operar em

regime de fluxo contracorrente

e concorrente.

Aqui, os parmetros mais importantes so granulometria do particulado,velocidade do gs, razo lquido-gs e o comprimento do lavador.

Estes parmetros podem variar dependendo do regime de fluxo.

Parmetros de funcionamento em fluxo concorrente:

Varivel Tamanho

Dimetro do Particulado (m) 2,5 4,0

Dimetro Gotculas de Spray (m) 700 900

Comprimento do Lavador (ft) 35 45

Velocidade do Gs (ft/s) 18 - 22

Parmetros de funcionamento em fluxo contracorrente:

Varivel Tamanho

Dimetro Gotculas Spray (m) 700 - 1420

Comprimento do Lavador (ft) 8 16

Velocidade do Gs (ft/s) 9 - 11

Roto Clone

O gs a ser tratado forado a

entrar em contato com o meio

lquido mediante a passagem

em selo lquido.

Usos Tpicos

Seus usos tpicos englobam a absoro de sulfeto de enxofre (SO2), sulfetode hidrognio (H2S), cido clordrico (HCl), amnia (NH3), cido fluordrico

(HF) e hidrocarbonetos leves.

Inicialmente deve ser escolhido aquele que propicie a maior rea detransferncia de massa, de funcionamento simples e de menor custo.

O dimensionamento feito em funo da emisso residual desejada.

A eficincia de controle de absorvedores dependente do projetoespecfico.

O projeto de absorvedores envolve os seguintes passos:

Seleo do solvente;

Obteno de dados de equilbrio e de reao;

Seleo do tipo de absorvedor;

Determinao da Vazo do Lquido;

Dimensionamento do Absorvedor;

Escolha de Materiais de Construo.

Seleo do Solvente

O absorvente ideal deve obedecer aos seguintes requisitos:

O gs deve ser prontamente solvel no mesmo, ou deve ser altamentereativo para se ter altas taxas de transferncia de massa de forma a

diminuir a quantidade de lquido absorvente;

O absorvente deve ser no voltil para evitar emisses secundrias eaumento no consumo do absorvente;

Deve ser no corrosivo, para reduzir custo com materiais de construoespeciais;

Deve ser barato e facilmente disponvel;

Seleo do Tipo de Absorvedor

Inicialmente deve ser escolhido aquele que propicie a maior rea detransferncia de massa, de funcionamento simples e de menor custo.

As torres de enchimento so utilizados para aumentar a orla disponvelpara transferncia de massa; no entanto podem ser tambm um foco de

ocorrncia incrustaes e entupimento.

Adsorventes

A adsoro um processo seletivo e bastante apropriado para aremoo de gases e vapores presentes em baixas concentraes,

principalmente substncias causadoras de odor.

No entanto, a adsoro tambm empregada para a recuperao desolventes, como no caso de limpeza de roupas a seco.

Ela leva significativa vantagem em relao aos incineradores de gasespela no necessidade de uso de combustvel auxiliar, alm de possibilitar

a recuperao de solventes, quando se utiliza o processo regenerativo.

A presena de material particulado no fluxo de gs a ser tratado prejudicao material adsorvente, encurtando o seu tempo de vida.

O mesmo pode ocorrer com a condensao de lquidos.

O processo de adsoro envolve a remoo de um ou mais componentesgasosos do fluxo de gs atravs de aderncia dos mesmos na superfcie

de um slido.

As molculas de gs removidas denominam- se ADSORBATO, e o slidoque retm, ADSORVENTE.

O mecanismo de adsoro ocorre em trs etapas:

Os contaminantes propagam sobre a superfcie da partcula do adsorvente;

A molcula do contaminante migra para os poros da partcula do adsorvente;

A molcula do contaminante adere na superfcie do poro.

Mecanismo de adsoro

A configurao mais comum de adsoro consiste na passagem de umacorrente gasosa (gs a ser tratado) atravs de um volume fixo ou leito de

adsorvente.

Sempre que possvel, a adsoro deve ser feita a temperaturasrelativamente baixas.

Substncias Adsorventes

O adsorvente apresenta a caracterstica de ser um material slido, porosoe de grande rea superficial especfica.

Como exemplo pode-se citar que a rea ativa de muitos adsorventesatinge a 107 cm por grama de adsorvente (aproximadamente 1000 mem cada grama de adsorvente).

Os principais adsorventes utilizados em poluio do ar so:

Carvo Ativado;

Alumina Ativada;

Slica gel;

Peneiras Moleculares.

Os trs primeiros so substncias amorfas enquanto as peneirasmoleculares so substncias cristalinas constitudas basicamente de

alumino-silicato de metais (potssio, magnsio, sdio ou clcio).

As peneiras moleculares possuem a vantagem de poderem ser feitas sobmedida para uma aplicao especfica.

Outra caracterstica importante de um adsorvente a sua altatemperatura de oxidao para prevenir oxidao e adequada resistncia

de forma a manter-se estruturalmente estvel.

O carvo ativado

produzido pelo

aquecimento de slidos

orgnicos (carvo, madeira

dura, coco, etc.) a

aproximadamente 900C

em atmosferas redutoras.

Esse adsorvente um dos

mais antigos e muito

utilizado devido sua

versatilidade,

disponibilidade e custo. A

densidade est na faixa de

0,08 a 0,5 g/cm.

A impregnao do carvo ativado com substncias qumicasadequadamente escolhidas pode aumentar a afinidade adsortiva para

certas substncias.

Um exemplo o uso de carvo ativado impregnado com acetato dechumbo para a adsoro de cido sulfdrico.

Nesse caso ocorre uma reao qumica resultando na formao desulfeto de chumbo o qual no pode ser recuperado sem a destruio do

adsorvente que deve ento ser descartado.

Existem dois tipos de capacidade de adsoro.

Um se refere capacidade de trabalho.

E o outro capacidade em relao a saturao.

A capacidade de adsoro de saturao referida ao ponto em que a eficincia passa a ser nula.

J a capacidade de trabalho refere-se capacidade de adsoro at atingir o "breaking point".

O breaking point ocorre a partir

de um certo tempo de

operao em que a

concentrao de sada comea

a aumentar rapidamente at

atingir eficincia de reteno

zero, ou seja a concentrao de

sada a mesma de entrada. O

ponto em que a concentrao

comea a aumentar

rapidamente chamado de

"breaking point.

Regenerao

A regenerao conseguida em geral pela passagem em fluxo contrriode vapor a baixa presso, o qual ser condensado, juntamente com o

adsorbato (substncia adsorvida) num sistema de condensao

adequado.

Caso o adsorbato no seja de fcil condensao o mesmo dever serincinerado ou controlado por outro meio.

A regenerao importante para reduzir os custos do sistema quando oproduto tem valor comercial e est presente em concentraes razoveis,

de preferncia em altas concentraes.

Tipos de Adsorvedores

Os adsorvedores podem ser de leito nico ou mltiplos, fixo ou mvel.

Podem ser atravs de Troca Inica;

Ou com peneiras moleculares.

Adsorvedor de Leitos

Mltiplos Fixos

Alguns podem ser divididos

em camadas com o uso de

pratos suportes. O gs ento

penetra na coluna (na

metade da altura da coluna)

e distribudo entre as

camadas. Passando pelo

leito adsorvente, o gs deixa

os poluentes conforme os

mecanismos de adsoro

descritos anteriormente.

Adsorvedor de Leito

Fixo de Carvo

Ativado

Neste caso, o ar entra sujo pelo

topo e sai limpo pelo fundo.

Adsorvedor de Leito

Mvel

A corrente de ar contendo o

poluente passa em fluxo

horizontal atravs da coluna

vertical adsorvedora.

Adsoro com Troca Inica

A troca inica pode ser imaginada como um caso especial de adsoro,no qual uma resina trocadora de ons especialmente preparada, usada

como adsorvente.

A troca inica foi originalmente usada no tratamento de gua,atualmente, usa-se na dessalinizao de gua salobra.

Tem como forma um gel homogneo atravs do qual se distribui uma redee cadeias hidrocarbnicas. Ligados a estas cadeias esto os grupos

inicos que so imveis.

As cargas destes grupos inicos so equilibradas pelas cargas opostas deons.

Adsoro com Peneiras Moleculares

As peneiras moleculares so compostos de alumnio e silcio(aluminossilicatos) com alto grau de ordenao a nvel microscpico.

Em um grande nmero de processos industrias, as peneiras molecularesso empregadas para desidratar solventes orgnicos. As colunas de

adsorventes so periodicamente regeneradas pela passagem de gs

quente.

Eficincia

Os adsorvedores so extremamente efetivos na remoo de poluentesgasosos.

Mesmo baixa concentraes, os mesmos podem ser projetados eoperados a eficincias prximas a 100%.

Dados empricos necessitam ser usados para cada sistema paraestabelecer as condies de projeto e operao necessrias para atingir

a eficincia requerida.

Vantagens

Reaproveitamento do adsorvedor possvel.

No h problema de disposio qumica quando o adsorvedor recuperado e retorna ao processo.

Controle totalmente automtico.

Capacidade de remover contaminantes gasosos e na forma de vapores das correntes de processo at nveis extremamente baixos.

Desvantagens

A recuperao do adsorvedor pode requerer destilao e extrao inviveis financeiramente.

A capacidade de adsoro vai diminuindo progressivamente conforme vai aumentando o nmero de ciclos do processo.

A adsoro regenerativa necessita de fonte de vapor ou vcuo.

Custo relativamente alto.

A pr filtragem de material particulado recomendada para evitar entupir o recheio adsorvedor.

Resfriar o gs pode ser necessrio para deixa-lo dentro da faixa usual de operao(menos de 50C).