Os Princípios de Absorção

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Material complementar a 3 Avaliação de Operações Unitárias

Disciplina: Operações Unitárias 3

Professor: Dr. Alfredo Curbelo

Discentes:

Davi Matheus F. de Araújo Ribeiro        Matrícula :11318786

José Judeilton B. T. Segundo                Matrícula :11328205

João Pessoa

2018

PARTE I - ABSORÇÃO

1. INTRODUÇÃO

De um modo geral, as operações de transferência de massa são classificadas pelo estado físico das fases em contato. Nas operações do tipo gás-líquido há transferência de massa entre uma fase gasosa e uma fase líquida. Se a transferência for preferencialmente do gás para o líquido, a operação é uma absorção. Quando o objetivo é remover componentes gasosos de uma mistura pelo contato com um gás insolúvel no liquido, a operação é dessorção ou stripping.

Tanto a absorção quanto o stripping são de emprego generalizado na indústria química, do petróleo, petroquímica e alimentícia, bem como nos equipamentos de controle de poluição. A produção de ácido clorídrico, nítrico e sulfúrico envolve absorção de gases em sua fase final e muitos outros processos incluem absorções nas etapas intermediárias.

A absorção é utilizada também para recuperar produtos gasosos de mistura diluídas, como é o caso da lavagem do gás de coqueria para absorver a amônia nele contida e da absorção de ácido sulfídrico em monoetanolamina.

Certas operações de absorção envolvem reações químicas entre os componentes adsorvidos e o solvente. São exemplos as absorções de gases ácidos (SO2, SO3, CO2, H2S, HCl) e cloro em soluções alcalinas (soda cáustica, barrilha ou cal).

No projeto ou avaliação da torre de pratos ou recheadas, é necessária a execução de uma sequência lógica, cuja finalidade é dimensionar equipamento ou obter as condições de operação mais econômicas, ou seja:

• Escolha do Solvente;
• Estimativa das condições de operação;
• Determinação ou avaliação do diâmetro da torre e da perda de carga específica;
• Determinação ou avaliação da altura da torre e da perda de carga total.

Ao longo deste trabalho, estes pontos serão discutidos com mais detalhamento.

1. EQUIPAMENTOS DA OPERAÇÃO

O tipo de equipamento que se emprega para realizar a absorção e stripping varia consideravelmente com as características do sistema tratado e da operação, são elas:

• Natureza do soluto
• Grau de recuperação desejado
• Escala de operação
• Características de corrosão das fases
• Cinética do processo
• Flexibilidade desejada etc.

1.  Tanques

Em instalações de pequeno porte pode ser utilizado um simples tanque, em que o gás borbulha através do líquido e é absorvido ou realiza o stripping dos componentes desejados.

A agitação pode ser feita pelo simples borbulhamento ou com agitadores do tipo turbina, sendo o gás injetado sob o rotor do agitador.

1.  Colunas de Enchimento

Na grande maioria dos casos, empregam-se colunas de enchimento semelhantes as que são usadas na destilação, umidificação e extração liquido-liquido. Os recheios mais comuns são os anéis de Rasching de cerâmica ou grafite, as selas de Berl e Intalox, os anéis com partição, bipartidos ou com espiral interna e os anéis Pall de inox ou polipropileno.

Há uma grande variedade de outros recheios em uso como: coque, seixos, tijolos furados, calcário e refratários. Recentemente começaram a ser empregados enchimentos mais leves, abertos e com características de perda de carga, eficiência e capacidades excelentes, constituídos de placas corrugadas, dobradas em zig-zag de modo a formar canais inclinados a 45° ou 60 ° em relação ao eixo da torre. A Figura 1 mostra o esquema de uma coluna de recheio.

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Figura 1 – Esquema de uma coluna de recheio

Normalmente as colunas recheadas são escolhidas para o uso quando a coluna de pratos não é viável, devido características fluidas indesejáveis ou alguma exigência de configuração especial

Condições que favorecem a escolha das colunas recheadas são:

• Colunas com diâmetro menor que 0,6m, o recheio é normalmente mais barato que pratos, a menos que sejam requeridos recheios de metal.
• Ácidos e muitos outros materiais corrosivos podem ser controlados dentro de colunas recheadas porque a construção pode ser de cerâmica, carbono ou outros materiais mais resistentes.
• Os recheios possuem características de queda de pressão desejáveis.
• Líquidos que tendem a espumar podem ser controlados com mais eficiência dentro de colunas recheadas devido ao baixo grau de agitação líquida pelo gás.

Para o caso dos recheios, a eficiência, a perda de carga e a capacidade dos recheios são funções da área superficial e da porosidade dos recheios. As qualificações importantes são : percentagem de molhabilidade da área total e formato aerodinâmico. Desta forma, recheios como anéis de Rasching e anéis de Pall tem área superficial e porosidade equivalentes, mas comportamento diferentes.

Observação: O tamanho do recheio não deverá ser maior que 1/8 do diâmetro da coluna, com sérios riscos de má distribuição do líquido.

1.  Colunas de Pratos

Para casos de instalação de grande porte, a operação de absorção era realizada em colunas de pratos ou bandejas devido as características mais favoráveis de eficiência, flexibilidade e perda de carga, muito embora tenha havido uma tendência de se empregar recheios para colunas de grandes dimensões. Figura 2 explana o esquema de uma torre de absorção com pratos.

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Figura 2 – Esquema de absorção em torre de pratos

O diâmetro das colunas de recheio, diferente da de pratos, era limitado a cerca de 1,50m, porém colunas desse tipo com mais de 10 m de diâmetro tem sido construída. As bandejas do mesmo tipo são discutidas quando se estuda a operação de destilação.