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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Adsoro em Coluna de Enchimento

Adsoro de CO2 em Carvo Ativado

Projeto FEUP 2014/2015 MIEA:

Coordenador Geral: Joo Bastos

Coordenador do Curso: Fernando Pereira

Supervisor: Jos Miguel Loureiro

Monitor: Brbara Pereira

MIEA102_Grupo 1:

Daniela Castro (up201405458@fe.up.pt)

Margarida Vaz (up201403776@fe.up.pt)

Miguel Matos (up201402821@fe.up.pt)

Miguel Vale (up201405037@fe.up.pt)

Tiago Lopes (up201406056@fe.up.pt)

Wilson Fernandes (up201407063@fe.up.pt)

2 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

Resumo

O nosso trabalho baseia-se na adsoro em coluna de enchimento. De modo

a realizar este processo, foi escolhido como adsorvente o carvo ativado.

O trabalho foi realizado em laboratrio, onde se obteve, atravs da

experincia de adsoro, as curvas de rutura e de temperatura na coluna de enchimento,

representadas em programa de computador, para as etapas de adsoro e dessoro.

Durante a experincia, a percentagem de CO2 variou ao longo das etapas

(adsoro e dessoro). Esta aumentou ao longo da fase de adsoro at estabilizar

final da adsoro e, posteriormente, houve um decrscimo de CO2, momento em que

se deu a fase de dessoro, finalizando quando a percentagem deste ficou nula,

terminando assim a experincia. Durante todo o processo a temperatura dos termopares

presentes na coluna variou de forma independente em cada um.

Palavras - Chave: adsoro; dessoro; CO2; carvo ativado; coluna de enchimento.

3 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

ndice

Resumo ............................................................................................................................. 2

ndice ................................................................................................................................ 3

Lista de Figuras ................................................................................................................ 4

Abreviaturas e Smbolos ................................................................................................... 5

Introduo ......................................................................................................................... 6

Tipos de Adsoro ............................................................................................................ 8

Carvo Ativado ................................................................................................................. 9

Principais Utilizaes ............................................................................................ 9

Experincia ..................................................................................................................... 10

1. Material ............................................................................................................ 10

2. Procedimento Utilizado ................................................................................... 11

3. Resultados Obtidos .......................................................................................... 12

Concluso ....................................................................................................................... 14

Referncias Bibliogrficas .............................................................................................. 15

Anexos ............................................................................................................................ 16

Anexo I: Instalao experimental e modo de operao ....................................... 17

Anexo II: Indicaes especiais de operao e segurana ..................................... 19

4 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

Lista de Figuras

Figura1 Material utilizado experimentalmente para a realizao da adsoro....10

Figura2 Grfico indicador da percentagem de CO2 em funo do tempo...12

Figura3 Grfico ilustrador da variao da temperatura dos 7 termopares em funo do

tempo ..12

Figura4 Grfico mostrador da percentagem de CO2 em funo do tempo no fenmeno

de dessoro.12

Figura5 Grfico ilustrador da variao da temperatura em funo do tempo no

fenmeno de dessoro12

Figura6 Esquema representativo da atividade experimental.......16

5 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

Abreviaturas e Smbolos

CO2 dixido de carbono

He - hlio

C - carbono

6 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

Introduo

No mbito de unidade curricular Projeto FEUP do 1 ano do Mestrado

Integrado em Engenharia do Ambiente da Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto, foi realizado o presente relatrio cujo tema Adsoro em Coluna de

Enchimento.

A adsoro um fenmeno de superfcie decorrente da aderncia de

molculas de um componente de uma fase fluida sobre a superfcie de um slido

adsorvente. O processo tem origem nas foras atrativas entre as molculas e a superfcie

do slido adsorvente, tratando-se de um fenmeno espontneo. Existem dois tipos de

adsoro: a fsica e a qumica, no entanto apenas iremos aprofundar sobre a adsoro

fsica. Este tipo de adsoro um fenmeno superficial, no qual um fluido

reversivelmente retido na superfcie de um slido por foras dispersivas de van der

Waals (este processo usual na separao ou purificao de gases). O processo de

adsoro visa a reteno de gases nefastos para o ambiente, nomeadamente o CO2. Com

a captura deste numa corrente gasosa e o seu sequestro num meio slido, o adsorvente,

possvel originar um efluente limpo que poder ser libertado sem trazer consequncias

para a sade ambiental, facto que comprova a utilidade e eficincia deste processo.

O adsorvente um slido cujas propriedades permitem aumentar a concentrao

do(s) soluto(s) sobre a sua superfcie. Este tem de ter uma rea especfica elevada, facto

que possvel pela sua estrutura porosa. Quando em contacto com a fase lquida ou

gasosa, estabelecido um equilbrio entre esta e a fase slida.

O carvo ativado ser o adsorvente utilizado, devido sua microporosidade e

fcil obteno1. Uma das caractersticas mais importantes de um adsorvente a

quantidade de substncia que pode ser acumulada ou retirada da sua superfcie

(LETTERMAN, 1999.; OSCIK e COOPER 1982). Ao longo da experincia ser

possvel observar a capacidade de adsoro de CO2 que o carvo ativado apresenta.

No processo de adsoro em leito fixo, uma corrente lquida ou gasosa

continuamente alimentada a uma coluna que contm o adsorvente slido (carvo

ativado). Os solutos presentes na corrente sero retidos pelo adsorvente at ao seu limite

de saturao, obtendo-se um efluente purificado. De forma a que o processo seja

efetuado considera-se uma coluna de volume V, comprimento L, seco reta S e

7 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

contendo um enchimento de porosidade X. Esta atravessada inicialmente por um gs

puro no retido pelo adsorvente (gs de arrasto) com caudal Q, de modo a retirar

possveis impurezas presentes na coluna. entrada da coluna ser introduzido um

soluto A, cuja concentrao passar instantaneamente de zero a C(A). Supondo que o

degrau de concentrao introduzido entrada se desloca ao longo da coluna sem

distoro, este designado de frente estacionria. O tempo em que essa frente sai na

outra extremidade da coluna o tempo estequiomtrico. A velocidade do avano da

frente inferior velocidade do gs de arrasto, sendo a diferena entre as duas tanto

maior quanto maior for a capacidade de adsoro do soluto pelo adsorvente.

Em geral, o tempo ao qual a concentrao atinge 5% do valor mximo

designado tempo de ruptura, tbp (breakthrough point). Ao fim deste tempo a coluna

deve ser regenerada, uma vez que a corrente gasosa comea a sair contaminada. (DEQ

FEUP, 2008)

1 Em princpio, qualquer material com alto teor em carbono pode ser transformado em carvo ativado (carves

minerais, turfas, madeiras, resduos de petrleo). Atualmente so utilizados caroos e cascas de azeitona, cereja,

damasco, pssego, azeitonas e ossos de animais. Cerca de 1/3 da produo mundial de carbono activado de origem

vegetal. (CLAUDINO, 2003).

8 Projeto FEUP: Adsoro em Coluna de Enchimento

Tipos de Adsoro

A adsoro um processo espontneo que, pode ser dividido em dois tipos:

adsoro qumica e adsoro fsica.

Na adsoro qumica (tambm denominada de quimissoro) ocorre uma

reao qumica entre o adsorvente e o adsorvido resultante de foras eletrostticas e de

quebras e/ou formaes de ligaes covalentes que, por sua vez, promovem a

transferncia de eletres entre estas duas substncias. Esta bastante utilizada na

separao de misturas. (Teixeira, Viviane G., Coutinho, Fernanda M. B., Gomes, Ailton

S. 2001)

Por outro lado, a adsoro fsica (ou fisissoro), utilizada geralmente

em mscaras de proteco e na purificao e descolorao de lquidos. Neste tipo de

adsoro, a substncia adsorvida transferida de uma superfcie fluida para uma

superfcie slida. Este tipo de adsoro caracterizado pelo desenvolvimento de foras

atrativas entre as mo

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