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Absorção e Esgotamento Projeto de colunas de recheio Prof. Dr. Antonio José de Almeida Meirelles Doutoranda Simone Monteiro e Silva.

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1 Absorção e Esgotamento Projeto de colunas de recheio Prof. Dr. Antonio José de Almeida Meirelles Doutoranda Simone Monteiro e Silva

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3 Quais são as características desejadas de um RECHEIO Forneça uma ampla superfície interfacial gás-líquido Forneça boa molhabilidade (ser facilmente coberto por um filme de líquido) Admita espaços vazios entre os filmes de líquido para o escoamento do vapor No caso de recheios aleatórios garantir uma Razão Mínima de 8:1 entre o diâmetro da coluna e o diâmetro do recheio Ser inerte em relação ao liquido e ao gás Ter baixo custo Ser de fácil manuseio e instalação

4 Projeto de Colunas de Recheio Qual é a outra corrente a ser usada no processo: para ABSORÇÃO, Qual o solvente? Para ESGOTAMENTO, Qual o gás de arraste? Qual a vazão de solvente ou de gás de arraste? Calcular todas as Vazões e Concentrações das correntes de saída. Selecionar o Recheio a ser empregado. Determinar um diâmetro adequado para o equipamento. Determinar a Área de Transferência de Massa. Determinar a Altura do Recheio. Informações disponíveis: vazão e concentração da corrente de entrada e alguma informação sobre uma das correntes de saída (pureza do produto, recuperação desejada ou perda máxima admitida do composto que se transfere, etc) Decisões e Cálculos a serem feitos

5 log G st L st Região de INUNDAÇÃO do leito: Arraste de líquido pelo gás, acúmulo de líquido em regiões do leito sendo borbulhado pelo gás

6 RETENÇÃO DE LÍQUIDO sobre o recheio (HOLD UP) Operacional: líquido que constantemente percorre o recheio, sendo regular e rapidamente substituído por líquido novo. Filmes molhando o recheio Estático: líquido estagnado, substituído lentamente. Este líquido não drena após a interrupção do fluxo. Poças entre as partículas do recheio

7 Figura 6.34 Inundação e queda de pressão em colunas de recheio (Treyball, pág 195, 3ª ed)

8 GiGi Vazão molar de Inertes na fase gasosa (Kmol A)/h GtGt Vazão molar total de gásKmol (A+B)/h G´ i Vazão mássica de inertes na fase gasosa (kg A)/h G´ t Vazão mássica total de gáskg (A+B)/h G´ st Velocidade mássica total superficial de gás kg (A+B)/(m 2.h) LiLi Vazão molar de Inertes na fase líquida (Kmol A)/h LtLt Vazão molar total de líquidoKmol (A+B)/h L´ i Vazão mássica de inertes na fase líquida kg A/h L´ t Vazão mássica total de líquidokg (A+B)/h L´ st Velocidade mássica total superficial de líquido kg (A+B)/(m 2.h)

9 Tabela Características de recheios aleatórios (R. Treybal, cap 6, 1980) C f = fator de recheio, escoamento bifásico, constante empírica C D = constante empírica = porosidade do leito fixo (seco), volume vazio/ volume do leito a p = área específica do recheio anel de Raschig empacotado regularmente (vista superior)

10 2. Cálculo de colunas de recheio 2.1 Diâmetro (Ds) Perda de carga (entre 200 N/m 2 a 400 N/m 2 ). Limite de inundação da coluna Figura 6.34 do Treyball fornece a velocidade mássica (kg/m 2 ·s)

11 0,035

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13 2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (a e )

14 a e = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m 2 /m 3 ; a p = área seca do recheio, m 2 /m 3 ; = tensão superficial crítica do material do recheio, N/m; = tensão superficial do líquido, N/m; 2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (a e ) Recheios Aleatórios Modelo de Onda e Colaboradores para a e

15 NÚMEROS ADIMENSIONAIS Reynolds: Forças inerciais vs viscosas; Froude: Forças inerciais vs gravitacionais; Weber: Forças inerciais vs superfíciais; L' st =velocidade mássica total superficial do líquido, kg/m 2 ·s; = viscosidade do líquido, kg/m.s. = densidade do líquido, kg/m 3 ; g = aceleração da gravidade, m/s 2 ;

16 Tensão crítica do material (σ c ) Material(N/m) Carbono0,056 Cerâmica0,061 Vidro0,073 Parafina0,020 Polietileno0,033 Polivinilclorido0,040 Aço0,075

17 Coeficiente da Fase Líquida

18 Coeficiente da Fase Gasosa

19 Coeficiente Global de Transferência de Massa

20 Absorção:

21 Dessorção:

22 3) Cálculo da área necessária para transferência de massa M A = Taxa molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/s N A = Fluxo molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/(m 2 ·s) A T = Área de transferência de massa, m 2

23 A T = área de transferência de massa, m 2 ; S = área de secção da coluna, m 2 ; H = altura do leito, m; a e = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m 2 /m 3 ; 2.4 Altura (H)

24 Absorção: Vazão mínima de solvente

25 Dessorção: Vazão mínima de gás de arraste

26 CURVA DE EQUILÍBRIO NÃO-LINEAR

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28 RecheioTamanho NominalDiâmetro característico * mmpol Anéis de Rasching 130,50, , ,50, ,0725 Selas de Berl130,50, , ,50,0472 *Diâmetro de uma esfera com área igual a de uma partícula de recheio


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