As Operações Unitárias

Neste e no próximo REO vamos estudar a operação unitária de absorção, que refere-se a transferência de um componente solúvel de uma fase gasosa para uma fase líquida, e a operação inversa denominada de dessorção ou esgotamento que refere-se a remoção de um ou mais componentes voláteis de uma fase líquida. Vamos estudar a aplicação desta operação unitária na indústria de alimentos e química. Nesta REO abordaremos a separação de absorção e esgotamento realizada de modo diferencial (contato contínuo das duas fases) e no REO8 abordaremos esta operação unitária realizada em estágios. Vamos descrever o equilíbrio na interface do soluto ente as fases gasosa e líquida e descrever a transferência de massa do soluto entre as duas fases. Neste REO nosso problema é estimar o comprimento de uma coluna de absorção ou dessorção por contato diferencial para atingir uma dada eficiência na remoção do soluto. Abordaremos como calcular a taxa mínima da fase líquida em processos de absorção e a taxa mínima da fase gasosa em processos de dessorção. Com o uso dos coeficientes de transferência de massa descreveremos o balanço de massa para o soluto. Nesta operação, vamos considerar a situação mais simples onde ocorre apenas a transferência de massa do soluto, presente em baixas concentrações no sistema (diluído) e vamos expressão as frações molares dos componentes e as taxas das correntes em base livre do soluto, o que simplifica a solução.

2. O que já sabemos e por que precisamos aprender?

Já sabemos aplicar o balanço de massa para um dado soluto, e nesta operação unitária vamos fazer isto usando as grandezas em base livre do soluto. Já estudamos no início do curso os coeficientes de transferência de massa para a fase gasosa (ky, kG, kC) e a fase líquida (kl e kx) para o caso de difusão através de um filme estagnado, assim como os coeficientes globais de transferência de massa (Kx, Ky, KG, Kl) e as relações entre estes coeficientes. Como em toda operação unitária nosso primeiro passo é determinar todas as correntes que entram e que saem do processo (taxas, para processos contínuos) ou quantidades (para operações em batelada) e respectivas composições (em geral, expressas em frações molares ou mássicas para os componentes). Nesta operação unitária seja de absorção ou de esgotamento estaremos fazendo o balanço em base livre do soluto (considerando que apenas ocorra a transferência de massa do soluto), assim como na secagem usamos as grandezas em base livre de água, e na operação unitária de extração sólido-líquido em base livre do inerte ou sólido insolúvel.

Neste REO vamos dar ênfase a descrever o processo de transferência de massa diferencial calculando a taxa de transferência de massa do soluto, e obtendo o comprimento da coluna de contato diferencial através de métodos numéricos e analíticos para uma dada remoção do soluto. O tipo de equipamento utilizado no contato diferencial são colunas de spray, de borbulhamento e colunas empacotadas, que devem operar de modo a garantir uma elevada área de contato entre as duas fases (gasosa e líquida).

Apesar de ser uma operação com aplicação mais restrita na área de alimentos, é importante em processos tais como remoção de resíduos de solventes da fase líquida (remoção da hexana do óleo vegetal), remoção de compostos voláteis (indesejáveis) da fase líquida (refino físico do óleo), recuperação do etanol das dornas de fermentação que são carregados pelo CO2, e remoção de contaminantes de correntes gasosas utilizadas em processos que podem poluir o ambiente.

E o que efetivamente você aprenderá ao final do estudo do REO8:

• Domínio dos termos técnicos usados na operação absorção e esgotamento (dessorção)

• Aplicações da ELL na indústria de alimentos e química.

• Identificar para uma dada composição do soluto na fase líquida e na fase gasosa, qual processo ocorrerá, se de absorção ou dessorção.

• Identificar quando as duas fases são importantes na resistência a transferência de massa, e situações em que a resistência a transferência de massa da fase gasosa controla o processo de transferência de massa e quando a fase líquida controla o processo de transferência de massa.

• Emprego dos coeficientes globais de transferência de massa e os coeficientes volumétricos de transferência de massa.

• Aplicar o balanço de massa macroscópico na coluna de operações de contato diferencial contínua, para contato contracorrente e em paralelo, obtendo se as linhas operacionais

• - Traçar a linha de operação e a linha de equilíbrio para os processos de absorção e dessorção com escoamento em contracorrente e em concorrente.

• - Determinar as condições operacionais mínimas de processo (Ls,min para absorção e Gs,min para esgotamento)

• - Determinar a altura efetiva de uma coluna de contato diferencial para atingir uma determinada separação. Emprego do método gráfico e analítico para determinar a altura efetiva de uma coluna.

• Equipamentos utilizados no processo de absorção e dessorção diferencial.

3. O que devemos fazer para aprender?

Este roteiro de estudos dirigidos é uma descrição das etapas relacionadas ao estudo das operações unitárias de absorção e esgotamento realizada com contato diferencial (contato contínuo das duas fases em todo o equipamento). Em cada tópico em estudo será aberto um fórum para discussão dos temas estudados, dúvidas técnicas, debates e trocas de informações. Favor tentar sempre enviar a dúvida em texto em word, e caso tenha equações digite no editor de equação, isto facilitará a correção e resposta mais rapidamente. No roteiro de estudo orientado tem a descrição do passo a passo deste estudo, mas vídeos e soluções de exercícios podem ser acrescentados em caso de dúvidas, fique então atento às notícias (Avisos).

Este roteiro será subdividido em tópicos, sendo que em cada tópico são descritos o que deve ser estudado (leituras), fóruns para discussão e as avalições do tópico. Caso algum discente tenha sugestões de materiais disponíveis na internet e em vídeos, favor divulgar aos demais e vamos usar como material para discussões

O REO 08 – Absorção e Dessorção (Esgotamento) é divido nos seguintes tópicos

Tópico 1. Introdução, equilíbrio e a transferência de Massa entre as fases

Tópico