capítulo 8
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Transferência de massa entre fasesTRANSCRIPT
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONASFACULDADE DE TECNOLOGIA
CURSO: ENGENHARIA QUMICAFTQ023 FENMENOS DE TRANSPORTE III
Transferncia de Massa Entre Fases e Aplicaes
Prof. Nazareno Braga
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Introduo e relaes de equilbrioAntes: transferncia de massa a partir de uma fase fluida para outra fase.
Transferncia a partir da fase fluida conveco Transferncia no slido difuso
Agora: Transferncia de massa de uma espcie A a partir de uma fase fluida por conveo e
atravs de uma outra fase fluida por conveo. Ex.: Absoro. Contato direto entre as fases: coluna de leito, pratos, spray.
2 FASES FLUIDAS 2 GRADIENTES DE CONCENTRAO
EQUILBRIO:Relaes de Equilbrio Determinao dos Perfis de Concentrao Obter a taxa de Transf. de Massa
Lei de Raoult: gs ideal x lquido ( . Raoult Modificada:
Lei de Henry:
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Perfis de Concentrao na Transferncia de Massa entre Fases Duas fases imiscveis
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Transferncia de Massa entre Fases:coeficientes no filme e concentrao na interface
NA = ky(yAG yAi ) = kx(xAi xAL )
kxky
=(yAGyAi )(xAL xAi )
Onde:y Ai = mxAi
- kx e ky, so os coeficientes individuais de transferncia de massa relativos s fases lquida e gasosa,respectivamente- yAG e xAL, representam as fraes de A presentes nas fases gasosa e lquida, respectivamente, em um pontona torre- yAi e xAi, representam as fraes de A na interface- m, representa o coeficiente de distribuio ou constante de Henry.
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Transferncia de Massa entre Fases:coeficientes no filme e concentrao na interface
kxky
=(yAGyAi )(xALxAi )
y Ai = mxAitg=- kx/ky
Curva de equilbrio
xAL
y*A
yAG
xAi x*A
yAi M
P
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Coeficientes globais de transferncia de massa e fora motriz
Coeficientes individuais de transferncia de massa em cada fase kx e ky difcil mensurar experimentalmente
Analogia com a Transferncia de calor coef. individuais versus coef. globais h e U
Ky: Coeficiente baseado na fora motriz global da fase gasosa Kx: Coeficiente baseado na fora motriz global da fase lquida
NA = Ky(yAG y*A)NA = Kx(x*A xAL )
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Relao entre Coeficientes globais e individuais de cada fase
NA = Ky(yAG y*A)
1Ky
=(yAGyA* )
NA Mas: (yAG yA* ) = (yAG yAi )+ (yAi yA* )
1Ky
=(yAGyAi )+(yAi yA* )
NA=
(yAGyAi )NA
+ (mxAi mxAL )NA1
Ky=
(yAGyAi )NA
+ m(xAi xAL )NA1
Ky=
1ky
+ mkx
tg=- kx/ky
Curva de equilbrio
xAL
y*A
yAG
xAi x*A
yAi M
P
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Relao entre Coeficientes globais e individuais de cada fase
NA = Kx(x*A xAL )
tg=- kx/ky
Curva de equilbrio
xAL
y*A
yAG
xAi x*A
yAi M
P
1Kx
=(xA* xAL )
NA Mas: (xA* xAL ) = (xA* xAi )+ (xAi xAL )
1Kx =
(xA* xAi )+(xAi xAL )NA =
(yAGyAi )mNA +
(xAi xAL )NA
1Kx
=(yAGyAi )
mNA+ (xAi xAL )NA
1Kx
=1
mky+ 1kx
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Anlise de resistncias
Se m pequeno:- Soluto A muito solvel no lquido- Curva de equilbrio quase horizontal- Pequenos valores de yA ir fornecer um grande valor no equilbrio de xA- O componente A muito solvel na fase lquida resistncia no filme lquido = 0- Principal resistncia na fase gasosa.
tg=- kx/ky
Curva de equilbrio
xAL
y*A
yAG
xAi x*A
yAi M
P
1Kx
=1
mky+ 1kx
1Ky
=1ky
+ mkx
1Ky
1ky
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Anlise de resistncias
Se m grande:- Grandes valores de yA iro fornecer um pequeno equilbrio de xA- O componente A muito insolvel na fase lquida: resistncia no filme gasoso 0- Principal resistncia na fase lquida controle da fase lquida
tg=- kx/ky
Curva de equilbrio
xAL
y*A
yAG
xAi x*A
yAi M
P
1Kx
=1
mky+ 1kx
1Ky
=1ky
+ mkx
1Kx
1kxxAi xA
*
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Absoro
Introduo
Absoro uma operao de transferncia de massa na qual um soluto A, presente em uma mistura gasosa com um gs inerte, absorvido quando em
contato com um lquido.
Principais aplicaes Remoo de CO2 e H2S do gs natural com solues de aminas ou sais alcalinos; Lavagem da amnia de uma mistura de amnia e ar por gua.
Equipamentos utilizados no processo Coluna de pratos Coluna de recheio
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Absoro
Introduo
Fig. 1. Coluna com enchimento e coluna de pratosperfurados. Fonte: http://labvirtual.eq.uc.pt.
Fig. 2. Recheio. Fonte: http://www.diytrade.com/china/pd/7015331
/column_packing_ring.html
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AbsoroFundamentos de absoro
Fig. 3. Esquema dos fundamentos necessrios para o projeto de coluna de absoro.
Balano de MassaBalano de Massa Balano de EnergiaBalano de Energia
Fora MotrizFora Motriz Coeficientes de Transferncia de MassaCoeficientes de Transferncia de
Massa
Projeto de Colunas de AbsoroProjeto de Colunas de Absoro
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AbsoroProjeto de Colunas de recheio
BALANO DE MASSAEquao Geral de Balano:
Balano de massa total:
Balano de massa para o componente A:
Fig. 4. Balano de massa para uma coluna de recheio.
MSAI = MENTRA + MREAGE MACUMULA
Lt +Vf = L f +Vt
Lt xt +Vf yf = L f xf +Vtyt
L: fluxo molar da fase lquida (kmol/s); V: fluxo molar da fase gs (kmol/s); x e y: fraes molares das fases lquida e gs, respectivamente.
Lt
L fVf
Vt
xt
yf
yt
x f
LVxy
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Absoro
Projeto de Colunas de recheio
EQUAO DA LINHA DE OPERAO (Balano de massa no volume de controle)
Fig. Balano de massa para uma coluna de recheio.
y = LV
x+Vtyt Ltxt
VLt
L fVf
Vt
xt
yf
yt
x f
LVxy
Fig.. Curva de operao.
xt
yt
yf
xf _OP x f _ MX
Linha de operao: y=f(x)
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AbsoroProjeto de Colunas de recheio
TAXA DE ABSORO Consideraes:
Mudanas de L e V so desprezadas;
Concentrao do soluto na mistura gasosa < 10%.
r = kxa xi x( )r = kya y yi( ) r = Kya y y*( )
r = Kxa x* x( )r a taxa de absoro por unidade de volume da coluna;x e y so as fraes molares do componente que est sendo absorvido;kya e kxa so os coeficientes individuais por unidade de volume;Kya e Kxa so os coeficientes globais por unidade de volume;a rea interfacial por unidade de volume.
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AbsoroProjeto de Colunas de recheio
CLCULO DO COMPRIMENTO DA COLUNA
Fig. 8. Esquema de uma coluna de absoro.
Lt
L fVf
Vt
xt
yf
yt
xf
LV
xydZ ZT
( )SdZyyaKVdy y *=
( )*yydy
aSKVdZy
=
( ) ==t
f
T y
yy
Z
T yydy
aKSVdZZ
*
0
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AbsoroProjeto de Colunas de recheio
NMERO DE UNIDADES DE TRANFERNCIA
NOy: Nmero de unidades de transferncia (NTU) , baseada na fora motriz total Medida da dificuldade de separao.
HOy: Altura de uma unidade de transferncia (HUT), baseada na fora motriz total. Utilizado na comparao entre coluna de pratos e de recheio.
( ) ==t
f
T y
yy
Z
T yydy
aKSVdZZ
*
0
OyNOyH
OyOyT NHZ =
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Exerccios
Exemplo 11.2 (CREMASCO) Para um sistema diludo em que o componenteA transferido da fase lquida gasosa, a relao de equilbrio dada poryAi=0,75.xAi. Em um certo ponto do equipamento experimental, o lquidocontm 90% em mols de A e a composio de A na fase gasosa de 45% emmols. O coeficiente individual de transferncia de massa do filme gasoso 2,7 x 10-3 kmol/m2.s e a resistncia da fase gasosa de 60% da global.Determine:
a) O coeficiente global Ky; Ky=1,62 x 10-3 kmol/m2.sb) As concentraes interfaciais de A nas duas fases; yAi = 0,585; xAi = 0,78c) Fluxo molar de A.NA,z = 3,65 x 10-4 kmol/m2.s