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

Forneça uma ampla superfície interfacial gás-líquido 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

Projeto de Colunas de 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 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.

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

Filmes molhando o recheio 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

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

Gi Vazão molar de Inertes na fase gasosa (Kmol A)/h Gt Vazão molar total de gás Kmol (A+B)/h G´i Vazão mássica de inertes na fase gasosa (kg A)/h G´t Vazão mássica total de gás kg (A+B)/h G´st Velocidade mássica total superficial de gás kg (A+B)/(m2.h) Li Vazão molar de Inertes na fase líquida Lt Vazão molar total de líquido L´i Vazão mássica de inertes na fase líquida kg A/h L´t Vazão mássica total de líquido L´st Velocidade mássica total superficial de líquido

anel de Raschig empacotado regularmente (vista superior) Tabela 6.3 - Características de recheios aleatórios (R. Treybal, cap 6, 1980) anel de Raschig empacotado regularmente (vista superior)  Cf = fator de recheio, escoamento bifásico, constante empírica CD = constante empírica  = porosidade do leito fixo (seco), volume vazio/ volume do leito ap = área específica do recheio

Perda de carga (entre 200 N/m2 a 400 N/m2). 2. Cálculo de colunas de recheio 2.1 Diâmetro (Ds) Perda de carga (entre 200 N/m2 a 400 N/m2). Limite de inundação da coluna Figura 6.34 do Treyball fornece a velocidade mássica (kg/m2·s)

0,035

2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (ae)

Modelo de Onda e Colaboradores para ae 2.3 Área Efetiva de Transferência de Massa do Recheio (ae) Recheios Aleatórios Modelo de Onda e Colaboradores para ae ae = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m2/m3; ap = área seca do recheio, m2/m3; = tensão superficial crítica do material do recheio, N/m; = tensão superficial do líquido, N/m;

Forças inerciais vs viscosas; 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/m2·s; = viscosidade do líquido, kg/m.s. = densidade do líquido, kg/m3; g = aceleração da gravidade, m/s2;

Tensão crítica do material (σc) (N/m) Carbono 0,056 Cerâmica 0,061 Vidro 0,073 Parafina 0,020 Polietileno 0,033 Polivinilclorido 0,040 Aço 0,075

Coeficiente da Fase Líquida

Coeficiente da Fase Gasosa

Coeficiente Global de Transferência de Massa

Absorção:

Dessorção:

3) Cálculo da área necessária para transferência de massa MA = Taxa molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/s NA = Fluxo molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/(m2·s) AT = Área de transferência de massa, m2

AT = área de transferência de massa, m2; 2.4 Altura (H) AT = área de transferência de massa, m2; S = área de secção da coluna, m2; H = altura do leito, m; ae = área efetiva do recheio por unidade de volume do leito, m2/m3;

Absorção: Vazão mínima de solvente

Dessorção: Vazão mínima de gás de arraste

CURVA DE EQUILÍBRIO NÃO-LINEAR

Diâmetro característico * Recheio Tamanho Nominal Diâmetro característico * mm pol Anéis de Rasching 13 0,5 0,01774 25 1 0,0356 38 1,5 0,0530 50 2 0,0725 Selas de Berl 0,31622 0,0320 0,0472 *Diâmetro de uma esfera com área igual a de uma partícula de recheio