aulas de operações unitárias iii absorção gasosa
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Absoro gasosa (gs-lquido)
Princpio:
uma operao que envolvem a transferncia de massa de componentes gasosos entre uma fase lquida e uma fase gasosa.
Definies:
Absoro (scrubbing): uma operao que visa retirar um ou mais componentes de uma mistura gasosa pelo contato direto com um lquido.
Desabsoro (stripping): a operao inversa, cujo objeto, a retirar os componentes mais volteis de uma mistura lquida, atravs da passagem de um gs em contato direto por meio deste lquido.
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Absoro gasosa
Indstria qumica:
Indstria de petrleo:
Indstria petroqumica:
Indstria alimentcia:
Produo de cidos clordrico, ntrico e sulfrico.
Stripping utilizando o gs natural para desaerar gua de injeo dos poos de petrleo.
Absoro de produtos gasosos (amnia) contida nos gases de coqueira.
Stripping com vapor superaquecido para desodorizao de leo vegetais.
Exemplos:
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Transferncia de massa
Papel da difuso na transferncia de matria
Absoro gasosa
Em todas as operaes de transferncia de matria a difuso ocorre pelo menos em uma fase.
O soluto se difunde atravs da fase gasosa at a interface e atravs da fase lquida desde a interface.
O soluto difunde atravs da fase refinado at a interface e depois do interior da fase extrato desde a fase extrato.
Extrao lquido-lquido
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Transferncia de massa
Mecanismo de transferncia de massa: Existem outros modelos que tratam a transferncia de massa:
Teoria da dupla resistncia - Lewis & Whitman (1923)
Fase gasosa Fase lquida
conceitua a altura de uma unidade de transferncia.
Higbie, chamado modelo de penetrao Danckwerts, conhecido como modelo da superfcie renovada
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Transferncia de massa
Segundo a teoria da dupla resistncia:
Lquido
Gs
interface
Con
ce
ntr
ao
de
difu
so
do
so
luto
velocidade
=
Coeficientes individuais
Coeficiente global
Resistncia global do gs Resistncia pelicular
do lquido
Resistncia pelicular do gs
=
Resistncia global do lquido
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Absoro gasosa
Escolha do solvente: A solubilidade do soluto no solvente deve ser a maior possvel.
A solubilizao do soluto pode ser devido a absoro qumica ou fsica.
Ter baixa presso de vapor.
Baixa viscosidade.
No haver excesso de solvente
Reaes reversveis ou irreversveis
equipamento adicional: regenerao do solvente descarte do solvente
Recuperao do solvente na corrente de gs
Rpida taxa de absoro, menor queda de presso
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Absoro gasosa
Equipamento: contato gs-lquido
Fase contnua e descontnua:
Gs
Lquido
L ent
G ent
G sada
L sada
Corrente cruzada
L ent
G ent
G sada
L sada
Contracorrente
L G
L sada G sada
L ent
Co-corrente
L G
G ent
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Absoro gasosa
Arranjo contracorrente: As principais diferenas de desempenho entre as colunas esto ligadas ao comportamento hidrodinmico das fases.
Fonte: CALDAS, J. N. LACERDA, A. I., VELOSO, E. Internos de Torres - Pratos & Recheios - 2 Ed. 2007.
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Absoro gasosa
Exemplos:
Filme descendente Coluna de bolhas Coluna recheada
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Coluna empacotada
Configurao interna da coluna empacotada ou recheada
Cada seo de empacotamento suportado por uma placa de suporte ou grade que tem como funo para suportar o peso do leito, com menor queda de presso.
Distribuidor de lquido
Recheio estruturado
Recheio randmico
Distribuidor de lquido
Recheio estruturado Coletor de lquido
Produto da base
Tampa de visita
Sada de vapor
Placa de suporte
Distribuidor de lquido
Entrada de lquido
Grade de fixao
Grade separadora
Saia
Seo transversal
Grade de fixao
Tubo de circulao para o referverdor
Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado
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Coluna empacotada
Recheios:
Fonte: Mc Cabe, Smith, Harriott. Operaciones unitarias en ingenieria quimica, 1991.
Sela de Berl
Sela de Intalox Anel de Raschig
Anel de Pall
Aumentar a rea superficial de contato;
Aumentar o tempo de residncia.
Materiais: vidro, cermica, inox e plstico.
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Coluna de pratos
Alimentao do lquido
Prato valvulado
Sada de gs
Sada de lquido
Fonte: Welty, Wicks, Wilson, Rorrer. Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer 5 th edition, 2008. Adaptado.
Alimentao do gs
Prato perfurado
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Coluna de pratos
Prato perfurado Prato valvulado
Bocal de sada de vapor
Vertedouro (Donwcomer)
Bocal de refluxo
Bubble
cap
Selo do prato
Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado
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Absoro gasosa
Solubilidade e equilbrio Contato gs-lquido
Molculas do gs
Molculas dissolvidas no lquido
Equilbrio dinmico entre as molculas do gs dissolvidas no liquido e as que retorna a fase gasosa.
solvel para o soluto
solubilizadas no lquido
tendem voltar para a fase gasosa
LT GT xt yt
LB GB xb yb
y x L
G
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Absoro gasosa
Estgios em
equilbrio Alimentao do lquido
Estgio em equilbrio
Vapor em equilbrio
Lquido em equilbrio
Lquido do estgio anterior
Vapor do estgio
anterior
Sada do gs
Alimentao do gs
Sada do lquido
Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado
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Absoro gasosa
Elementos de Clculo
Balanos de Massa:
relacionam quantidades produzidas com as quantidades alimentadas utilizando as composies correspondentes.
Relaes de equilbrio:
relacionam o equilbrio do sistema a uma determinada temperatura e so geralmente apresentadas sob as seguintes formas
p: presso parcial soluto no gs em equilbrio com a soluo de concentrao c
y: frao molar do soluto no gs
x: frao molar do soluto no lquido
Y: Kmol de soluto por Kmol de gs isento de soluto
X: Kmol de soluto por Kmol de solvente puro
p vs c , y vs x , Y vs X
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Absoro gasosa
Contato simples Consiste em misturar as fases (alimentao e solvente) e esperar atingir o equilbrio e em seguida promover a separao.
Balano global:
Balano por componente:
bbttttbb xLyGxLyG
LT
GT
xt
yt
LB GB xb yb
bttb LGLG
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Absoro gasosa
Contracorrente Fenmeno:
a transferncia de massa ocorre a medida que o soluto absorvido pelo lquido.
As quantidades de G, L, x e y variam
continuamente medida que se movem a longo da coluna.
Lb > L > Lt e xb > x> xt
Gb > G > Gt e yb > y> yt
Em sistemas diludos Lb = L = Lt= constante
Gb = G = Gt= constante
Lt Gt xt yt
LB GB xb yb
y x L
G
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Absoro gasosa As equaes entre as variveis L, G, x e y
correspondem a linha de operao.
Equao obtida pelo balano de massa (regime estacionrio)
Global:
Envelope:
Sistemas diludos
xt yt
xb yb
y x L
G bbttttbb xLyGxLyG
bbbb xLyGxLyG
BB xLyGxLyG
G
xLyGx
G
Ly bb linha de
operao
Lt Gt
LB GB
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Absoro gasosa
Y
GyGG
11'
LT GT xt yt
Ln Gn+ 1 xn Yn+1
y x
A medida que o soluto absorvido no interior da coluna transferido para outra fase: G L; e isento de soluto
X
LxLL
11'
XXLYYG nn '' 1
nn XG
LYX
G
LY
'
'
'
'1