AULA 14 - Operações Unitárias C

CURSO: BACHARELADO EM ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: OPERAÇÕES UNITÁRIAS C

TURMA: 0129 - A
AULA 14: DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE ESTÁGIOS (Método de Cálculos Simplificados).

ABSORÇÃO
PROFESSOR: Dr. DOUGLAS ALBERTO ROCHA DE CASTRO.
MANAUS
2020
1. ABSORÇÃO GASOSA
 ASPECTOS GERAIS
 Na absorção de gás, um vapor solúvel é absorvido de sua

mistura com um gás inerte por meio de um líquido no qual o
gás soluto é mais ou menos solúvel.
 Uma das principais aplicações da tecnologia de absorção é a

remoção de CO2 e H2S do gás natural ou gás de síntese por
absorção em soluções de aminas ou sais alcalinos
 Outro exemplo é a lavagem de amônia a partir de uma mistura

de amônia e ar por meio de água líquida.
 O soluto é subsequentemente recuperado do líquido por

destilação, e o líquido absorvente pode ser retirado ou
reutilizado. Às vezes, um soluto é removido de um líquido,
colocando o líquido em contato com um gás inerte; o inverso
da absorção de gás, é a dessorção ou remoção de gás.
 ASPECTOS GERAIS
 Uma das principais aplicações da

tecnologia de absorção é a
remoção de CO2 e H2S do gás
natural ou gás de síntese por
absorção em soluções de aminas
ou sais alcalinos
 Outro exemplo é a lavagem de

amônia a partir de uma mistura
de amônia e ar por meio de água
líquida.
 ASPECTOS GERAIS




 ASPECTOS GERAIS




 ASPECTOS GERAIS
 O gás contendo soluto, ou gás rico, entra no espaço de

distribuição abaixo do suporte de recheio e flui para
cima através dos interstícios no acoplamento do
suporte, em corrente ao fluxo do líquido. O recheio
fornece uma grande área de contato entre o líquido e
o gás, incentivando o contato íntimo entre as fases.
 O soluto no gás rico é absorvido pelo líquido puro que

entra na torre pela entrada superior e o gás diluído, sai
do topo. O líquido é enriquecido em soluto à medida
que flui pela torre e o líquido sai no fundo da torre,
concentrado.
 Para separar gotas líquidas arrastadas pelo gás, um

eliminador de névoa é utilizado.
 ASPECTOS GERAIS
 Um aparelho comum usado na absorção de gás e em outras operações é a

torre compactada ou empacotada (recheio), um exemplo disso é mostrado
na figura.
 O dispositivo consiste em uma coluna cilíndrica, ou torre, equipada com uma

entrada de gás e espaço de distribuição na parte inferior; uma entrada e
distribuidor de líquidos na parte superior; saídas de gás e líquido na parte
superior e inferior, respectivamente; e uma massa suportada de formas
sólidas inertes, denominada empacotamento ou recheio em torre .
 A exigência de um bom contato entre líquido e gás é a mais

difícil de atender, especialmente em grandes torres.
Idealmente, o líquido, uma vez distribuído por cima do recheio,
flui em filmes finos por toda a superfície do recheio até a
parte inferior da torre.
 Na verdade, os filmes tendem a ficar mais espessos em alguns

lugares e outros mais finos, de modo que o líquido se acumula
em pequenas correntes e flui por caminhos localizados através
do empacotamento.
 Especialmente a baixas taxas de líquido, grande parte da

superfície do empacotamento pode estar seca ou, na melhor
das hipóteses, coberta por uma película estagnada de líquido.
 Esse efeito é conhecido como canalização; é a principal razão

para o fraco desempenho de grandes torres compactadas.
 SISTEMAS DE ABSORÇÃO E DESABSORÇÃO

 SELEÇÃO DE SOLVENTE
2. PRINCÍPIOS DE ABSORÇÃO
 O diâmetro de uma torre de absorção compactada depende das quantidades de gás e líquido manipuladas, de
suas propriedades e da proporção de uma corrente para a outra.
 A altura da torre é, portanto, o volume total de recheio, depende da amplitude das mudanças de concentração
desejadas e da taxa de transferência de massa por unidade de volume empacotado.
 Os cálculos da altura da torre, portanto, baseiam-se em balanços de materiais, balanços de entalpia e estimativas
de força motriz e coeficientes de transferência de massa.
 BALANÇOS MATERIAIS
 Em uma instalação de contato diferencial, como a torre de absorção empacotada ilustrada na

Figura, as variações na composição são contínuas de uma extremidade ao outro do
equipamento. O balanço material para a parte da coluna de uma seção arbitrária, conforme
mostrado pela linha tracejada na Figura, são os seguintes:
 Balanço de Massa Total: 𝐿𝑎 + 𝑉 = 𝐿 + 𝑉𝑎

 Balanço de um componente A:
𝐿𝑎 𝑥𝑎 + 𝑉𝑦 = 𝐿𝑥 + 𝑉𝑎 𝑦𝑎
 Balanço de um componente A:  A relação entre x e y em qualquer

ponto da coluna, obtida pela
𝐿𝑎 𝑥𝑎 + 𝑉𝑦 = 𝐿𝑥 + 𝑉𝑎 𝑦𝑎 reorganização da Equação de balanço
por componente, é denominada
 onde V é a taxa de fluxo molar da fase equação da linha operacional
gasosa e L a da fase líquida no mesmo ponto
da torre, x e y são as composições de líquido 𝐿 𝑉𝑎 𝑦𝑎 − 𝐿𝑎 𝑥𝑎
e de gás em cada corrente, respectivamente. 𝑦= 𝑥+
𝑉 𝑉
 As equações gerais de balanço de materiais,
baseadas nos fluxos de terminais, são  Supõe-se que as composições em
uma dada elavação sejam
 Balanço de Massa Total: independentes da posição no
empacotamento. A absorção de um
𝐿𝑎 + 𝑉𝑏 = 𝐿𝑏 + 𝑉𝑎 componente solúvel de uma mistura
de gases faz com que a taxa total de
 Balanço de um componente A:
gás V diminua à medida que o gás
passa através da coluna e o fluxo de
𝐿𝑎 𝑥𝑎 + 𝑉𝑏 𝑦𝑏 = 𝐿𝑏 𝑥𝑏 + 𝑉𝑎 𝑦𝑎
L líquido aumenta.
 A linha de operação pode ser plotada em um gráfico aritmético junto com a curva de equilíbrio, conforme
mostrado na Figura. A linha de operação deve estar acima da linha de equilíbrio para que a absorção
ocorra, pois isso fornece uma força motriz positiva y - y* para absorção.
O projeto é baseado nas vazões médias e a linha

operacional é desenhada como uma linha reta.
 OPERAÇÃO POR MULTIESTÁGIOS
 As unidades de contato individuais em uma cascata são numeradas em série,

começando em uma extremidade.
 Os estágios são numerados na direção do fluxo da fase L, e o último estágio é

aquele que descarrega a fase L. Um estágio geral no sistema é o enésimo estágio,
que é o número contado desde a entrada da fase L.
 O estágio imediatamente à frente do estágio n na sequência é o estágio n-1, e o

estágio seguinte é a saturação n + 1.
 Usando uma coluna de placa como exemplo, a Figura mostra como as unidades em
uma cascata são numeradas. O número total de estágios é N, e o último estágio na
planta é, portanto, o enésimo estágio.
 Isso para um sistema de dois componentes, yn+1 é a fração molar do componente A

na fase V que sai do estágio n + 1, Ln é a taxa de fluxo molar da fase L que sai do
enésimo estágio.
 Balanço de Massa Total:  Na equação do balanço por componente, o
balanço em um ponto intermediário da
𝐿𝑎 + 𝑉𝑛+1 = 𝐿𝑛 + 𝑉𝑎 coluna envolve xn, a concentração da fase L
saindo do estágio n e yn+1, a concentração da
 Balanço de Massa de componente A: fase V entrando nesse estágio. A equação
pode ser escrita para mostrar:
𝐿𝑎 𝑥𝑎 + 𝑉𝑛+1 𝑦𝑛+1 = 𝐿𝑛 𝑥𝑛 + 𝑉𝑎 𝑦𝑎 𝐿𝑛 𝑉𝑎 𝑦𝑎 − 𝐿𝑎 𝑥𝑎
𝑦𝑛+1 = 𝑥 +
𝑉𝑛+1 𝑛 𝑉𝑛+1
 Os saldos gerais que cobrem toda a cascata
são encontrados da mesma maneira:
 A equação acima é a equação da linha
 Balanço Massa total: operacional da coluna; se os pontos xn e yn+1
para todos os estágios são plotados, a linha
𝐿𝑎 + 𝑉𝑏 = 𝐿𝑏 + 𝑉𝑎 através desses pontos é chamada de linha
 Balanço de Massa de componente A: operacional. Observe que se Ln e Vn+1 são
constantes em toda a coluna, a equação é a
de uma linha reta com inclinação L/V e
𝐿𝑎 𝑥𝑎 + 𝑉𝑏 𝑦𝑏 = 𝐿𝑏 𝑥𝑏 + 𝑉𝑎 𝑦𝑎
intercepta ya-(L/V)xa, e a linha é facilmente
localizada.
Diagrama para Destilação Diagrama para Absorção Diagrama para Dessorção
Ao absorver um componente do gás em um solvente não volátil, a taxa total de gás diminui e a taxa
total de líquido aumenta à medida que as duas fases passam pela coluna, pois tanto L quanto V são
maiores na parte inferior da coluna e menores na parte superior da coluna.
 CÁLCULOS GRÁFICOS PARA OPERAÇÕES EM CONTRACORRENTE SIMPLES
 A determinação gráfica do número de estágios de equilíbrio envolve o uso alternado da reta de operação e da curva
de equilíbrio. Conforme a Figura.
 A reta de operação pode ser localizada pelo conhecimento das
quatro composições das duas correntes terminais, ou pelo
conhecimento da três composições e do coeficiente angular (L/V)
da reta, assim temos a Equação se Vn+1 e Ln forem constantes:
𝐿 𝑉𝑦1 − 𝐿𝑥0
𝑦𝑛+1 = 𝑥𝑛 + 𝐿 𝑥𝑛 − 𝑥0 = 𝑉 𝑦𝑛+1 − 𝑦1
𝑉 𝑉
𝐿 𝑦𝑛+1 − 𝑦1
=
𝑉 𝑥𝑛 − 𝑥0
 Embora a expressão matemática da reta de operação seja válida
para quaisquer valores de yn+1 e de xn ela só tem significado físico
para as composições que ocorrem na cascata. Isto é, a reta real
de operação estende-se continuamente desde o ponto (x0, y1) até
o ponto (xn, yn+1), na outra extremidade.
BOA NOITE A TODOS!

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PROFESSOR: Dr. DOUGLAS ALBERTO ROCHA DE CASTRO.

 Na absorção de gás, um vapor solúvel é absorvido de sua

 Uma das principais aplicações da tecnologia de absorção é a

 Outro exemplo é a lavagem de amônia a partir de uma mistura

 O soluto é subsequentemente recuperado do líquido por

 Uma das principais aplicações da

 Outro exemplo é a lavagem de

 Na absorção de gás, um vapor solúvel é absorvido de sua

 Uma das principais aplicações da tecnologia de absorção é a

 Outro exemplo é a lavagem de amônia a partir de uma mistura

 O soluto é subsequentemente recuperado do líquido por

 Na absorção de gás, um vapor solúvel é absorvido de sua

 Uma das principais aplicações da tecnologia de absorção é a

 Outro exemplo é a lavagem de amônia a partir de uma mistura

 O soluto é subsequentemente recuperado do líquido por

 O gás contendo soluto, ou gás rico, entra no espaço de

 O soluto no gás rico é absorvido pelo líquido puro que

 Para separar gotas líquidas arrastadas pelo gás, um

 Um aparelho comum usado na absorção de gás e em outras operações é a

 O dispositivo consiste em uma coluna cilíndrica, ou torre, equipada com uma

 A exigência de um bom contato entre líquido e gás é a mais

 Na verdade, os filmes tendem a ficar mais espessos em alguns

 Especialmente a baixas taxas de líquido, grande parte da

 Esse efeito é conhecido como canalização; é a principal razão

 SISTEMAS DE ABSORÇÃO E DESABSORÇÃO

 Em uma instalação de contato diferencial, como a torre de absorção empacotada ilustrada na

 Balanço de Massa Total: 𝐿𝑎 + 𝑉 = 𝐿 + 𝑉𝑎

 Balanço de um componente A:  A relação entre x e y em qualquer

O projeto é baseado nas vazões médias e a linha

 As unidades de contato individuais em uma cascata são numeradas em série,

 Os estágios são numerados na direção do fluxo da fase L, e o último estágio é

 O estágio imediatamente à frente do estágio n na sequência é o estágio n-1, e o

 Isso para um sistema de dois componentes, yn+1 é a fração molar do componente A

Diagrama para Destilação Diagrama para Absorção Diagrama para Dessorção

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