Absorção e Esgotamento

Projeto de colunas de recheio

Prof. Dr. Antonio José de Almeida MeirellesDoutoranda Simone Monteiro e Silva

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

• 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

log G’st

L’ st

L’st

L’st

L’st

Região de INUNDAÇÃO do leito: Arraste de líquido pelo gás, acúmulo de líquido em regiões do leito sendo borbulhado pelo gás

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

21

'

'

GL

G

T

T

G

L

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

(Kmol A)/h

Lt Vazão molar total de líquido Kmol (A+B)/h

L´i Vazão mássica de inertes na fase líquida

kg A/h

L´t Vazão mássica total de líquido kg (A+B)/h

L´st Velocidade mássica total superficial de líquido

kg (A+B)/(m2.h)

Tabela 6.3 - Características de recheios aleatórios (R. Treybal, cap 6, 1980)

 Cf = fator de recheio, escoamento bifásico, constante empírica

CD = constante empírica

= porosidade do leito fixo (seco), volume vazio/ volume do leitoap = área específica do recheio

anel de Raschig empacotado regularmente (vista superior)

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)

st

t

G

GS

4

2colunaD

S

S

GG t

st

21

'

'

GL

G

t

t

G

L

0,035

115

smkg1028,1

mkg1066,7

mkg753

hkg40

hkg2000

5

33

3

f

L

G

L

t

t

C

G

L

16,01595,01066,7753

1066,7

40

200021

33

3

33

21

mkg

mkg

mkg

hkghkg

G

L

GL

G

t

t

cmDm,DD

S

m,

hmkg

,

hkg

G

GS

hm

kg,

sm

kg,G

mkg

,mkg

mkg

,

smkg

,G,

G

'st

t

's

,'s

GLG

,L

's

50487304

1865047214

40

4721405960

1066775310667

1087601150350

2

2

2

22

33

333

1032

102

fC

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

2005010

750

4511 ,,,

,

s

cpe WeFrRe,expaa

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;

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

Recheios AleatóriosModelo de Onda e Colaboradores para ae

c

s

40Constante1

: valeespecífico recheio de material um e líquido um para que Note

,,stpe Lexpaa pe

L

aast

lim,

:Assim

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;

Lp

st

a

LRe

L

g

aLFr

L

pst

2

2

psL

st

a

LWe

2

2

L

Tensão crítica do material (σc)

Material (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

m.recheio, do diâmetro

mm recheio, do específica área

s;m líquido, no dedifusivida

mm massa, de ncia transferêde efetiva área

,m/s gravidade, da aceleração g

,kg/m líquido, do densidade

kg/m.s. líquido, do de viscosida·s,kg/m líquido, do lsuperficia totalmássica velocidadeL

00510

32p

2

32

2

3L

2

40503231

p

AB,L

e

L

st

,

Pp

,

L,ABL

L

Le

st

L

LL

D

;a

D

;a

DaDa

Lg,k

Coeficiente da Fase Gasosa

m.recheio, do diâmetro

mm recheio, do específica área

s;m gás, no dedifusivida

mm massa, de ncia transferêde efetiva área

,kg/m líquido, do densidade

kg/m.s. líquido, do de viscosida·s,kg/m líquido, do lsuperficia totalmássica velocidadeG

menores recheios002polegada21 que maiores selas e anéis235

32p

2

32

3G

2

1

1

0250700

1

p

AB,G

e

G

st

,

Pp

,

G,ABG

G

,

gp

stG,ABpG

D

;a

D

;a

,C,C

DaDμa

G

TR

CDak

XYX

XYY

tGY

L

LLX

xXyY

kkmK

k

m

kK

PkkPM

kk

kkkk

111

11

: e que doConsideran

Coeficiente Global de Transferência de Massa

Absorção:

inf*

inf*

infinfinf XmY,YYY onde

sup*sup

*supsupsup XmY,YYY onde

sup

inf

supinfm

Y

Yln

YYY

Dessorção:

inf*

infinf*

infinf XmY,YYY onde

sup*supsup

*supsup XmY,YYY onde

sup

inf

supinfm

Y

Yln

YYY

3) Cálculo da área necessária para transferência de massa

)XX(L)YY(GM supinfisupinfiA tempode unidadepor dos transferiMoles

MA = Taxa molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/sNA = Fluxo molar de transf. de massa do soluto A, kmol de A/(m2·s)AT = Área de transferência de massa, m2

mTYA YAKM mY

AT YK

MA

TAA ANM

mYA YKN

eT aHSA

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;

2.4 Altura (H)

e

T

aS

AH

sup*inf

supinf

i

min,i

XX

YY

G

L

Absorção: Vazão mínima de solvente

infsup

inf*sup

min,i

i

XX

YY

G

L

Dessorção: Vazão mínima de gás de arraste

CURVA DE EQUILÍBRIO NÃO-LINEAR

inf

sup

Y

Y*

supinf

m

YYdYYY

Y

mTYsupinfiTA YAK)YY(GAN

eYTY

Y

Y*i aHSKAK

YY

dYG

inf

sup

ncia transferêde unidades de número

ncia transferêde unidade uma de altura

inf

sup

inf

sup

Y

Y*TOY

eY

iTOY

Y

Y*

pY

i

YY

dYN

aSK

GH

YY

dY

aSK

GH

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 13 0,5 0,31622

25 1 0,0320

38 1,5 0,0472*Diâmetro de uma esfera com área igual a de uma partícula de recheio