EXPERIMENTO UTILIZANDO COLUNA DE ABSORÇÃO COM REAÇÃO QUÍMICA

EXPERIMENTO UTILIZANDO COLUNA DE ABSORÇÃO COM REAÇÃO QUÍMICA

Alexandre R. V. Souza¹; Flavia A. P. Araújo; José L. Souza; Pedro M. Morais; Viviane M. M. Vieira.

1 Graduando em Engenharia Química, Universidade Federal de São João del Rei - UFSJ, Ouro Branco (MG), e-mail: [e-mail]

        Resumo        

Foi determinado o coeficiente de transferência de massa () e a porcentagem de recuperação do  de uma corrente gasosa através de um fluxo contracorrente de água em uma coluna de absorção com recheio do tipo anel de Rasching. As vazões de  e de ar foram mantidas constantes enquanto a vazão de água sofreu alterações.[pic 1][pic 2][pic 3]

Palavras-chave: Coeficiente de transferência de massa, fluxo contracorrente, coluna absorção, anel de Rasching

Introdução

A absorção de gás envolve a transferência de um componente na forma gasosa para um absorvente que se encontra na fase líquida e relativamente não volátil. Nos casos mais simples, o gás contém apenas um constituinte solúvel. Como exemplo pode-se citar a amônia, que é absorvida a partir de uma mistura de ar e amônia pelo contato do gás com a água líquida na temperatura ambiente. Como o ar é insolúvel em água, a única transferência de massa se dá pela absorção da amônia pela água. À medida que a amônia passa para o estado líquido, a sua concentração aumenta ate que a amônia dissolvida fica em equilíbrio com a que esta na fase gasosa. Atingindo o equilíbrio, não há mais transferência efetiva de massa. (FOUST, et al 1982).

No equipamento de absorção, o absorvente líquido está abaixo do seu ponto de bolha e desse em contracorrente com a fase gasosa que está muito acima do seu ponto de orvalho.

Experimental

Determinação do cálculo experimental

Os experimentos foram realizados no Kit Experimental da Coluna de absorção conforme mostrado na Figura 1. 

[pic 4]

Figura 1 - Kit Experimental da Coluna de Absorção

Fonte: Laboratório de Engenharia Química UFSJ/CAP.

        Primeiramente foi adicionado água de potável no tanque de água pura do equipamento. Posteriormente foram acionados a bomba d’água e o soprador de ar e, em seguida, foi aberta a válvula do gás  A vazão de fluxo de ar foi mantida em 30 , assim como a vazão de  em 10 L/min. Já a vazão de fluxo da água foi alterada durante o experimento conforme está descrito na Tabela 1.[pic 5][pic 6][pic 7]

Tabela 1: Vazões de água adotadas no experimento

Experimento	Vazão de água (L/min)
1º	1,0
2º	1,6
3º	2,0

Para cada experimento aguardou-se em torno 5 minutos para que ocorresse o equilíbrio do sistema e, ao fim deste tempo, foi feito a coleta de 100 mL de água no topo da coluna, para se ter a concentração de íons H+ presentes inicialmente, e na base da coluna de absorção, de forma a se determinar a quantidade de gás absorvido. As concentrações de das amostras coletadas foram determinadas através da titulação das mesmas com NaOH 0,01N usando 6 gotas de uma solução de fenolftaleína à 1% como indicador.[pic 8]

Resultados e Discussão

À medida que o  foi sendo absorvido pela água este passou para a forma aquosa, , conforme a Equação 1.[pic 9][pic 10]

                                       (1)[pic 11]

A água pode sofrer dissociação formando íons  e , Eq. (2). [pic 12][pic 13]

                                      (2)[pic 14]

Os íons  podem reagir com o  formando íons Bicarbonatos ():[pic 15][pic 16][pic 17]

                        (3)[pic 18]

 Os íons bicarbonatos reagem com os íons  formando os íons carbonatos () que podem reagir com mais 2 íons  formando o ácido carbônico ():[pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

                           (4)[pic 23]

                       (5)[pic 24]

Na titulação, 2 mols de hidróxido de sódio devem reagir com o 1 mol de ácido carbônico para neutralizá-lo totalmente e formar carbonato de sódio , conforme a Eq. (7).[pic 25]

 (6)[pic 26]

          (7)[pic 27]

Para determinar o coeficiente de transferência de massa é utilizado a Equação 8.

                         (8)[pic 28]

Onde é a vazão molar do gás inerte (ar), é a altura da unidade de transferência e  é a área da seção transversal da coluna. Temos então:[pic 29][pic 30][pic 31]

                                                                      (9)[pic 32]

                                                  (10)[pic 33]

                                                   (11)[pic 34]

                                       (12)[pic 35]

Sendo  a vazão mássica,  é a massa molecular do ar,  igual à vazão de ar e d o diâmetro interno da coluna. Consideramos  uma vez que a pressão referente à perda de carga do leito para o experimento foi desprezível, já que não houve alteração do nível do líquido de referência no tubo em U.[pic 36][pic 37][pic 38][pic 39]