ABSORÇÃO E STRIPPING DE GASES

ABSORÇÃO, STRIPPING DE GASES E TEORIA

DA BOLHACaroline CarrielJuliano SobralMaitê SantosPriscila Rothers

ABSORÇÃO E STRIPPING:

São duas transferências de massa do tipo líquido-gáslíquido-gás;

ABSORÇÃO: Retira os componentes de uma mistura de gasesmistura de gases pelo contato direto com um líquidolíquido.

STRIPPING: Retira os componentes mais voláteis de uma mistura mistura líquidalíquida pelo contato direto com um gásgás;

ABSORÇÃO E STRIPPING:APLICAÇÕES DA ABSORÇÃO:APLICAÇÕES DA ABSORÇÃO:

Indústria Química:

- Produção de HCl,HNO3, H2SO4 (absorção de gases na etapa final);

- Lavagem do gás de coqueria para absorver amônia;

Indústria Petroquímica:

- Absorção de produtos mais pesados que o metano em óleos leves.


APLICAÇÕES DO STRIPPING:APLICAÇÕES DO STRIPPING:

Indústria Petroquímica:

- Stripping para desaerar a água contida nos poços de petróleo;

Indústria Alimentícia:

- Stripping de óleos vegetais para a desodorização do óleo.


OS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS DEPENDEM DEOS EQUIPAMENTOS UTILIZADOS DEPENDEM DE: Fatores econômicos; Natureza do soluto; Grau de recuperação desejado; Escala de operação; Cinética do processo, etc.

Colunas de enchimento, pratos ou bandejas são os Colunas de enchimento, pratos ou bandejas são os equipamentos mais empregados.equipamentos mais empregados.

ABSORÇÃO E STRIPPING:ELEMENTOS DE CÁLCULOELEMENTOS DE CÁLCULOSão feitos pela aplicação dos seguintes balanços:

Balanços materiais: Relacionam as quantidades produzidas com as alimentadas;

Balanços de energia: Na absorção, geralmente exotérmica, os efeitos térmicos deverão ser considerados;

Relações de equilíbrio: Juntamente com os balanços materiais, constituem a base do cálculo de números de estágios teóricos(contato entre as fases para que as correntes saiam em equilíbrio) necessários para realizar a operação.


RELAÇÕES DE EQUILÍBRIORELAÇÕES DE EQUILÍBRIO

As relações de equilíbrio costumam ser apresentadas sob a forma: p vs c; y vs x; Y vs X;

As relações entre X,Y e x,y, são as seguintes:

X= x /(1-x)

Y= y /(1-y)


EQUAÇÕES DE VELOCIDADE:EQUAÇÕES DE VELOCIDADE:

São utilizadas para dimensionar os equipamentos (absorvedores e strippers);

NNaa = K = Kcc A A ΔΔcc

Na= razão da transferência (Kmol do soluto aa transferido por hora) Kc= coeficiente global de transferência de massa (kmol/h.m2.por unidade de

Δc, como kmol/ m3) A= área interfacial (m2) Δc= força propulsora = diferença entre as concentrações do soluto aa no gás

e no líquido (kmol/m3)



Soluções líquidas ideais:Soluções líquidas ideais: se caracterizam por apresentarem propriedades que se relacionam mutuamente:

Os volumes são aditivos, isto é, o volume da solução é igual à soma dos volumes dos componentes;

As forças intermoleculares na fase líquida não se alteram durante a mistura dos componentes;

Não há efeitos térmicos associados com a dissolução; É válida a Lei de Raoult: a pressão de vapor de um componente

qualquer na solução é igual ao produto da pressão de vapor P0 do componente puro à temperatura considerada, pela fração molar x do componente da solução.

P = P0 x



Certas soluções de líquidos não-ideais seguem a Lei de Henry:

p = H xp = H x

Onde:

H é a constante de Henry, que só depende da natureza do gás e da temperatura.


EQUAÇÕES DE VELOCIDADE:EQUAÇÕES DE VELOCIDADE: O processo de transporte envolvido nas operações de absorção e

stripping é unidirecional: o soluto se difunde através do gás estagnado isento de soluto, atravessa a interface e depois se difunde no seio da fase líquida. A razão de difusão do soluto aa por processo molecular através de uma lâmina de gás de espessura ee é dada pela Lei de Fick:


EQUAÇÕES DE VELOCIDADE:EQUAÇÕES DE VELOCIDADE:

Onde:Onde:

Na = razão ou taxa de difusão de aa (kmol de a/h).

DG = difusividade do soluto aa através do gás isento de soluto bb (m2/h).A = área de transferência (m2).

ΔCa = ca1 – ca2 (ca1 = concentração de aa em kmol/m3 na face 1 da lâmina e ca2 = concentração de aa na face 2)

Cbm = média logarítmica das concentrações cb1 e cb2 do gás isento de soluto nas faces 1 e 2.

Ct = concentração total da fase gasosa.

TEORIA DA BOLHA

Transferência de massa ocorrerá sob o efeito do fenômeno da Difusão

Etapas Propostas:Etapas Propostas: Difusão da mistura gasosa

no interior da bolha. Difusão do gás através da

interface da camada estagnada gás-líquido.

Difusão do soluto( NH3) através da camada estagnada.

Transferência da massa de soluto para a fase líquida.

TEORIA DA BOLHASendo para o fenômeno em questão teremos:

Força Promotora; H(x) . ( p(x ) – pi )

Resistência; 1/k(x)

Então, como:

C(ponto na fase) = H (fase) . P(ponto na fase)

Desta forma, para a Absorção:

NG-L= Kg . H . ( pg – pi ) ou

NG-L= Kg . ( Cs – Ci )

Desta forma, para o Stripping:

NL-G= KL . H . ( pi – pL ) ou

NL-G= KL . ( Ci – CL )

Fluxo= (força promotora da trans. massa)/ (resistência)

TEORIA DA BOLHAAgitação e Mistura:Agitação e Mistura:

Manter partículas sólidas em suspensão; Misturar líquidos miscíveis, como álcool metílico e

água; Dispersar gás em líquidos, através de

borbulhamento.

A mistura é utilizada não somente para promover homogeneidade, mas também para transferir massa e calor entre partículas ou fases líquidas. O deslocamento do fluido diminui a espessura do filme resistente, ou seja, aumenta o gradiente de concentração, imediatamente adjacente à superfície (partícula ou fase) de transferência

EQUIPAMENTOS DE ABSORÇÃO E STRIPPING

COEFICIENTES GLOBAIS DE TRANFERÊNCIA DE MASSACOEFICIENTES GLOBAIS DE TRANFERÊNCIA DE MASSA

A definição de o que está controlando o processo de separação é importante, inclusive para a escolha do equipamento de separação.

EQUIPAMENTOS DE ABSORÇÃO E STRIPPINGCOEFICIENTES GLOBAIS DE TRANFERÊNCIA DE MASSACOEFICIENTES GLOBAIS DE TRANFERÊNCIA DE MASSA

Para um sistema envolvendo um gás altamente solúvel na fase líquida, a constante m é muito pequena. Se m0:

Nesse caso diz-se que a resistência da fase gasosa controla o processo de transferência de massa.

Neste caso utiliza-se, por exemplo, as torres spray.


TORRES DE SPRAYTORRES DE SPRAY

São câmaras espaçosas onde escoa a fase gasosa (fase contínua)e a líquida que é introduzida por meio de atomizadores na forma de spray, caindo por gravidade em contracorrente com o gás. A fase líquida, por ser constituída de gotas é denominada dispersa.

EQUIPAMENTOS DE ABSORÇÃO E STRIPPING Para um sistema envolvendo um gás pouco solúvel na fase líquida,

a constante de m é muito grande, de modo que 1/m0:

Aqui a resistência da fase líquida controla o processo de transferência de massa;

Neste caso, podem-se utilizar as torres de borbulhamento.


COLUNA DE BORBULHAMENTOCOLUNA DE BORBULHAMENTO

O gás é borbulhado na base da coluna e ascende em contracorrente com o líquido. O fenômeno de TM se dá na formação e movimento das bolhas.


COLUNA DE RECHEIOCOLUNA DE RECHEIO

Utilizam-se torres de recheios, quando as duas fases controlam o processo de TM ou quando se opera com elevadas taxas de vapor em relação às de líquido, bem como o inverso.

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