Absoro gasosa (gs-lquido)

Princpio:

uma operao que envolvem a transferncia de massa de componentes gasosos entre uma fase lquida e uma fase gasosa.

Definies:

Absoro (scrubbing): uma operao que visa retirar um ou mais componentes de uma mistura gasosa pelo contato direto com um lquido.

Desabsoro (stripping): a operao inversa, cujo objeto, a retirar os componentes mais volteis de uma mistura lquida, atravs da passagem de um gs em contato direto por meio deste lquido.

Absoro gasosa

Indstria qumica:

Indstria de petrleo:

Indstria petroqumica:

Indstria alimentcia:

Produo de cidos clordrico, ntrico e sulfrico.

Stripping utilizando o gs natural para desaerar gua de injeo dos poos de petrleo.

Absoro de produtos gasosos (amnia) contida nos gases de coqueira.

Stripping com vapor superaquecido para desodorizao de leo vegetais.

Exemplos:

Transferncia de massa

Papel da difuso na transferncia de matria

Absoro gasosa

Em todas as operaes de transferncia de matria a difuso ocorre pelo menos em uma fase.

O soluto se difunde atravs da fase gasosa at a interface e atravs da fase lquida desde a interface.

O soluto difunde atravs da fase refinado at a interface e depois do interior da fase extrato desde a fase extrato.

Extrao lquido-lquido

Transferncia de massa

Mecanismo de transferncia de massa: Existem outros modelos que tratam a transferncia de massa:

Teoria da dupla resistncia - Lewis & Whitman (1923)

Fase gasosa Fase lquida

conceitua a altura de uma unidade de transferncia.

Higbie, chamado modelo de penetrao Danckwerts, conhecido como modelo da superfcie renovada

Transferncia de massa

Segundo a teoria da dupla resistncia:

Lquido

Gs

interface

Con

ce

ntr

ao

de

difu

so

do

so

luto

velocidade

=

Coeficientes individuais

Coeficiente global

Resistncia global do gs Resistncia pelicular

do lquido

Resistncia pelicular do gs

=

Resistncia global do lquido

Absoro gasosa

Escolha do solvente: A solubilidade do soluto no solvente deve ser a maior possvel.

A solubilizao do soluto pode ser devido a absoro qumica ou fsica.

Ter baixa presso de vapor.

Baixa viscosidade.

No haver excesso de solvente

Reaes reversveis ou irreversveis

equipamento adicional: regenerao do solvente descarte do solvente

Recuperao do solvente na corrente de gs

Rpida taxa de absoro, menor queda de presso

Absoro gasosa

Equipamento: contato gs-lquido

Fase contnua e descontnua:

Gs

Lquido

L ent

G ent

G sada

L sada

Corrente cruzada

L ent

G ent

G sada

L sada

Contracorrente

L G

L sada G sada

L ent

Co-corrente

L G

G ent

Absoro gasosa

Arranjo contracorrente: As principais diferenas de desempenho entre as colunas esto ligadas ao comportamento hidrodinmico das fases.

Fonte: CALDAS, J. N. LACERDA, A. I., VELOSO, E. Internos de Torres - Pratos & Recheios - 2 Ed. 2007.

Absoro gasosa

Exemplos:

Filme descendente Coluna de bolhas Coluna recheada

Coluna empacotada

Configurao interna da coluna empacotada ou recheada

Cada seo de empacotamento suportado por uma placa de suporte ou grade que tem como funo para suportar o peso do leito, com menor queda de presso.

Distribuidor de lquido

Recheio estruturado

Recheio randmico

Distribuidor de lquido

Recheio estruturado Coletor de lquido

Produto da base

Tampa de visita

Sada de vapor

Placa de suporte

Distribuidor de lquido

Entrada de lquido

Grade de fixao

Grade separadora

Saia

Seo transversal

Grade de fixao

Tubo de circulao para o referverdor

Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado

Coluna empacotada

Recheios:

Fonte: Mc Cabe, Smith, Harriott. Operaciones unitarias en ingenieria quimica, 1991.

Sela de Berl

Sela de Intalox Anel de Raschig

Anel de Pall

Aumentar a rea superficial de contato;

Aumentar o tempo de residncia.

Materiais: vidro, cermica, inox e plstico.

Coluna de pratos

Alimentao do lquido

Prato valvulado

Sada de gs

Sada de lquido

Fonte: Welty, Wicks, Wilson, Rorrer. Fundamentals of Momentum, Heat, and Mass Transfer 5 th edition, 2008. Adaptado.

Alimentao do gs

Prato perfurado

Coluna de pratos

Prato perfurado Prato valvulado

Bocal de sada de vapor

Vertedouro (Donwcomer)

Bocal de refluxo

Bubble

cap

Selo do prato

Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado

Absoro gasosa

Solubilidade e equilbrio Contato gs-lquido

Molculas do gs

Molculas dissolvidas no lquido

Equilbrio dinmico entre as molculas do gs dissolvidas no liquido e as que retorna a fase gasosa.

solvel para o soluto

solubilizadas no lquido

tendem voltar para a fase gasosa

LT GT xt yt

LB GB xb yb

y x L

G

Absoro gasosa

Estgios em

equilbrio Alimentao do lquido

Estgio em equilbrio

Vapor em equilbrio

Lquido em equilbrio

Lquido do estgio anterior

Vapor do estgio

anterior

Sada do gs

Alimentao do gs

Sada do lquido

Fonte: Engineering Data Book, GPSA. 2004. Adaptado

Absoro gasosa

Elementos de Clculo

Balanos de Massa:

relacionam quantidades produzidas com as quantidades alimentadas utilizando as composies correspondentes.

Relaes de equilbrio:

relacionam o equilbrio do sistema a uma determinada temperatura e so geralmente apresentadas sob as seguintes formas

p: presso parcial soluto no gs em equilbrio com a soluo de concentrao c

y: frao molar do soluto no gs

x: frao molar do soluto no lquido

Y: Kmol de soluto por Kmol de gs isento de soluto

X: Kmol de soluto por Kmol de solvente puro

p vs c , y vs x , Y vs X

Absoro gasosa

Contato simples Consiste em misturar as fases (alimentao e solvente) e esperar atingir o equilbrio e em seguida promover a separao.

Balano global:

Balano por componente:

bbttttbb xLyGxLyG

LT

GT

xt

yt

LB GB xb yb

bttb LGLG

Absoro gasosa

Contracorrente Fenmeno:

a transferncia de massa ocorre a medida que o soluto absorvido pelo lquido.

As quantidades de G, L, x e y variam

continuamente medida que se movem a longo da coluna.

Lb > L > Lt e xb > x> xt

Gb > G > Gt e yb > y> yt

Em sistemas diludos Lb = L = Lt= constante

Gb = G = Gt= constante

Lt Gt xt yt

LB GB xb yb

y x L

G

Absoro gasosa As equaes entre as variveis L, G, x e y

correspondem a linha de operao.

Equao obtida pelo balano de massa (regime estacionrio)

Global:

Envelope:

Sistemas diludos

xt yt

xb yb

y x L

G bbttttbb xLyGxLyG

bbbb xLyGxLyG

BB xLyGxLyG

G

xLyGx

G

Ly bb linha de

operao

Lt Gt

LB GB

Absoro gasosa

Y

GyGG

11'

LT GT xt yt

Ln Gn+ 1 xn Yn+1

y x

A medida que o soluto absorvido no interior da coluna transferido para outra fase: G L; e isento de soluto

X

LxLL

11'

XXLYYG nn '' 1

nn XG

LYX

G

LY

'

'

'

'1