Projeto Grupo 3 (1)

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Exercício de aplicação dos conceitos
(Projeto de Torre de Lavagem)
Grupo 3 
Adlaine Princisval
Jacqueline Leão
Mariel Castro
Rarine Vasconcelos
William Beruth
Professor:
Marco Antônio Gaya de Figueiredo
Rio de Janeiro, 10/11/2021
UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE OPERAÇÕES E PROJETOS INDUSTRIAIS
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
1. Descrição do Processo
Uma estação de tratamento de emissões atmosféricas de uma planta semi comercial de PEAD é constituída de uma torre de lavagem de gases, uma bomba de recirculação de água e um exaustor que succiona dos gases exaustos para a torre de lavagem e os transfere. A operação do sistema ocorre da seguinte forma: As emissões provenientes da unidade são alimentadas na base da torre de lavagem, o fluido de lavagem, água, é bombeado do tanque onde a torre está montada (ela está fixada no centro do tanque de água) para um sistema de distribuição instalado acima do leito de recheio (anéis de Rashing). A pressão da torre é mantida constante, via admissão de ar na sucção dos exausto. O controle desta pressão é realizado por intermédio de um PIC que atua sobre uma válvula que admite ar na entrada do exaustor (entre a saída da torre e a admissão no exausto no exaustor). A vazão de água é ajustada via um rotâmetro e a qualidade da água de lavagem monitorada constantemente via sistema de amostragem instalado na descarga da bomba de recirculação. O nível do tanque de água de recirculação é garantido via um LIC que atua em uma LV na linha de alimentação de água tratada. Estando a água do tanque de recirculação saturada de contaminantes, a descarga da bomba de recirculação é alinhada automaticamente para a estação de tratamento de efluentes sendo e o inventario é substituído. A vazão de gás proveniente da planta é estimada em 100 m3 / h (35 °C).
2. Fluxograma
O primeiro item desta atividade consiste em elaborar o fluxograma de processo para o sistema de lavagem de gases com base nas informações descritas no item 1 deste relatório. Propõe-se o fluxograma abaixo:
3. Estimativa da Perda de Carga no Leito
Para fazer uma estimativa da perda de carga no leito, utilizou-se o dado fornecido da vazão de gás da planta (100m³/h) e foi usado a correlação empírica para a queda de pressão em leitos molhados (correlação de Leva), que é utilizado quando a operação da torre está abaixo da região de retenção dinâmica. Abaixo, pode-se ver a equação para cálculo da queda de pressão em leitos molhados (proposta por Leva):
Equação 1
Onde, Z é a altura do recheio, ρL e  ρG são as massas específicas do líquido e gás respectivamente, γ e Φ são as constantes para cada tipo de recheio (tabelado), G e L a velocidade mássica superficial para o gás e para o líquido respectivamente e por fim, o ΔP é a variação de pressão.
O líquido é a água e o gás considerado foi o ar atmosférico, pois a maior parte do gás é constituída de ar atmosférico, com a presença de contaminantes. Abaixo, está a tabela com os dados usados para cálculo, com unidades no sistema internacional e no sistema inglês:
Tabela 1 - Dados Utilizados
Na descrição do processo, foi dito que o recheio é do tipo anéis de Raschig, por isso, foi escolhido anéis de Raschig ½ in de metal com fator de recheio (Fp) de 300. Abaixo, pode-se observar a tabela com a informação do fator do recheio mediante a escolha do tamanho e tipo de material do recheio.
Tabela 2 - Fator de Recheio
O primeiro passo para calcular a perda de carga do leito, após a escolha do recheio, é calcular a velocidade mássica superficial do gás. Visto que foi fornecido o dado de vazão de gás de 100 m³/h, calculou-se a velocidade mássica superficial através da equação abaixo:
Equação 2
Onde M’ é a velocidade mássica superficial de gás ou de líquido, V é a vazão volumétrica de gás ou de líquido, Ac é a área da secção transversal e ρM é a massa específica de gás ou de líquido. Fazendo o cálculo com o dado de vazão volumétrica de gás fornecido (100m³/h), o valor de área da seção transversal (0,01606 m²), o valor de massa específica do gás (1,185 Kg/m³), encontrou-se o valor de velocidade mássica superficial de gás de 7378,30 Kg/m² h ou 1511,19 lb/ft² h. Para conhecer o valor de γ e Φ, basta consultar a tabela de constantes para queda de pressão em torres de recheio, a tabela está abaixo:
Tabela 3 - Constantes para Queda de Pressão em Torre de Recheio
Como o recheio escolhido foi do tipo anéis de Raschig ½ in, o valor de γ é de 0,00000139 e de Φ 0,0072. Para esse tipo de recheio, a velocidade mássica superficial de água deve estar na faixa de 300 a 9000 lb/ft² h. 
Por isso, foi realizado cálculo de queda de pressão utilizando o mínimo valor de velocidade mássica superficial da água (L = 300 lb/ft² h) e o máximo (L = 9000 lb/ft² h), para o tipo de recheio escolhido. Substituindo todos os dados na equação 1 (correlação de Leva), obtém-se a queda de pressão mínima (para L = 300 lb/ft² h) de 2,82 KPa e a queda de pressão máxima (para L = 9000 lb/ft² h) de 28,68 KPa.
5. Dimensões da Torre de Lavagem
A partir dos dados do experimento, vemos que quando a vazão de líquido era de 30 L/min, equivalente a uma velocidade superficial mássica de 111.739 kg/(h.m²) (Tabela 4), o qual adotaremos como parâmetro de projeto para dimensionamento da torre de lavagem.
Tabela 4 – Dados Experimentais
Como a velocidade superficial mássica de líquido é de 111.739 kg/(h.m² ) é de 411,4 kg/(h.m) de ar. Considerando a vazão de gás de 30 m³ /h, a qual é a vazão especificada para a torre de lavagem a ser dimensionada, para os dados abaixo obtidos aplica-se a esquação seguida:
Onde:
G' = velocidade superficial mássica de operação do gás 
G = vazão mássica do gás
A = área 
Através das manipulações algébricas, obtivemos:
Portanto a área teórica da torre é de 0,288 m². Se consideramos um fator de projeto de 30%, a área da torre será de 0,374 m², que em uma torre cilíndrica equivale a um diâmetro de 0,690 m. Como não dispomos de informações de transferência de massa do sistema, vamos adotar 1,5 m (idêntico ao da prática do laboratório) 
Portanto, a torre de lavagem para a aplicação descrita terá: 
 Diâmetro Interno da Torre: 0,690 m 
 Altura do recheio: 1,5 m 
 Vazão de Gás: 30 m³ /h a 35 °C 
Segue em anexo a Folha de Especificação da Torre de Lavagem.
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