Operações Unitárias aula 14 Absorção Tecnologia em Biocombustíveis

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ABSORÇÃO
Profa. Kelly Tafari Catelam
Operações Unitárias
Tecnologia em Alimentos
IFSP Matão
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 Absorção e Stripping de Misturas diluídas 
Absorção e Stripping são métodos comuns para: a) remover impurezas de um gás (absorção) ou b) remover impurezas de um liquido (stripping). Isto é obtido com um líquido absorvente fluindo em contra corrente com o vapor (absorção) ou um vapor estripador em contra corrente com a mistura líquida (stripping).
L0 (absorvente)
VN+1 (vapor a ser 
separado)
V1
LN
1
2
N–1
N
O líquido absorvente absorve, preferencialmente, certo 
componente do fluxo de vapor.
LN+1 (líquido a ser separado) 
V0 (stripper)
VN
L1
1
2
N–1
N
Vapor preferencialmente vaporiza certos componentes do fluxo líquido.
Absorção
Stripping
Aplicação industrial
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Processos de dessorção são utilizados na indústria quando a eliminação dos hidrocarbonetos presentes nos óleos obtidos por extração com solventes é desejada.
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Absorção
Geralmente, se o fator de absorção A=L/KV é maior que 1 para um componente, então qualquer grau de separação pode ser alcançada. O A maior implica em poucos estágios (ou bandejas) para alcançar um determinado nível de separação, embora a taxa de fluxo absorvente pode ficar muito grande.
Óleo absorvente 90º F
Lean gas
1
2
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Processo típico de absorção
L0 lbmol/hr
n-butano 0.05
n-pentano 0.78
Óleo 164.17
 L0=165.00
VN+1 lbmol/hr
Metano 160.0
Etano 370.0
Propano 240.0
n-butano 25.0
n-pentano 5.0
 LN=800.0
V1 lbmol/hr
Methano 155.0
Etano 323.5
Propano 155.4
n-butano 3.02
n-pentano 0.28
 V1 =637.3
LN lbmol/hr
Metano 5.0
Etano 46.5
Propano 84.6
n-butano 22.0
n-pentano 5.5
 LN=327.7
Para o processo de absorção considere o exemplo ao lado, note que o fluxo de vapor saindo teve quase todas as espécies mais voláteis removidas e transferiu para o fluxo absorvente. 
Note que quase todo metano permanece no fluxo de vapor.
Note que quase todo do n-pentano foi transferido para o fluxo absorvente.
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Absorção (MECANISMO DO TRANSPORTE DE MASSA)
 
O movimento de determinada substância química de uma região para outra pode ser observada quando se coloca um cristal de KMnO4 (permanganato de potássio) dentro de um becker com água. O cristal começa a se dissolver na água e, em determinado instante pode ser visto a cor púrpura escura concentrada de KMnO4 próximo ao cristal e clareando à medida que nos afastamos do cristal. Então, podemos afirmar:
“Devido ao gradiente de concentração que se estabelece no meio, o KMnO4 se difunde pelo líquido”. 
 
“Esta difusão pode ser vista pelo aumento da cor escura próxima ao cristal”.
 
Este movimento causado pelo gradiente de concentração é denominado de Difusão. 
 
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Outros Tipos de Difusão
Difusão térmica: causado por gradiente de temperatura; 
Difusão de pressão: causado por gradientes de pressão total
 
Difusão forçada: causada por força externa.
 
Em Absorção estamos interessados em difusão por gradiente de concentração (Difusão ordinária).
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TRANSFERÊNCIA DE MASSA ENTRE FASES 
 
 
O gradiente de concentração existente entre duas fases é o responsável pelo movimento através das mesmas.
 
Se o gradiente for nulo, dizemos que o sistema está em equilíbrio.
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Transferência de Massa
J: fluxo
k: coeficiente de massa transferida
Fluxo :
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EQUILÍBRIO FÍSICO
 Análise da mistura NH3-Ar. 
Solubilidade de NH3 em água 
O fluxo de NH3 para fase líquida = fluxo de NH3 para fase gasosa  equilíbrio dinâmico. 
 
É importante observar que mesmo em um sistema gás-líquido em equilíbrio como este de Amônia-Água, as concentrações de NH3 em cada fase são diferentes.
 
A operação industrial de absorção envolve então a transferência de massa de um gás solúvel da fase gasosa para a fase líquida (ou vice versa, na desorção). 
 
Em regime laminar, a difusão do gás para fase líquida é muito lenta. 
Porém em regime turbulento esta velocidade de transferência de gás para fase líquida pode se tornar muito rápida - denominada difusão turbilhonar.
Lição 12: Absorção e Stripping
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DIFUSÃO ENTRE DUAS FASES
 
O processo de absorção leva em consideração portanto o fenômeno de difusão de determinados compostos em duas fases distintas e insolúveis.
 
A propriedade envolvida neste fenômeno é a solubilidade.
 
Os processos de absorção são divididos em duas categorias:
 
a) Absorção sem reação química - O fenômeno é apenas físico.
 
b) Absorção com reação química - O fenômeno envolvido é a absorção de determinados componentes na fase líquida seguida de uma reação química com o componente absorvido. Neste caso, a reação irá influenciar a velocidade de absorção. É necessária neste caso a inclusão da equação do balanço de energia.
Lição 12: Absorção e Stripping
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Equipamentos de Absorção e Stripping
Liquido entrando 
Vapor entrando 
Vapor saindo
Líquido saindo
1
2
N–1
N
Torre de bandejas
Torre de spray
Coluna de borbulhamento
Coluna de recheio
Liquido entrando 
Vapor entrando 
Vapor saindo
Líquido 
saindo
Liquido entrando 
Vapor entrando 
Vapor saindo
Líquido
 saindo
Liquido entrando 
Vapor saindo
Vapor entrando 
Líquido saindo
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Equipamentos de Absorção e Stripping
1
2
N–1
N
Torre de bandejas
Configuração da bandeja
aberturas
campanula
espelho
prato
prato
campanula
perna
prato
Três tipo de aberturas de bandeja: perfurado, válvula, 
e borbulhador.
Os regimes do fluxo vapor-líquido para uma bandeja de contatando incluem: spray, espuma, emulsão, bolha,.
represa
represa
Fluxo líquido mostrado por setas azuis. 
Fluxo de vapor através de setas vermelhas.
prato
Líquido 
entrando 
Vapor 
saíndo
Vapor 
entrando 
Líquido 
saíndo
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Contato de fase em uma Bandeja de Contato
represa
pratos
espuma
Vapor flui (exibido em vermelho) 
borbulha para cima através da 
espuma. 
Corrente líquida flui 
através da espuma e por cima 
da represa.
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Equipamentos de Absorção e Stripping
Eliminador
 de mistura
Liquido
Spray
recheio
Saída de Liquido
Entrada 
de gás
Spray
Saída de gás limpo
torre de recheio contracorrente
torre Spray
Mycock et al., 1995
Saída de gás limpo
Entrada
 de gás
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Especificações de Projeto
Especificações: 
1. Fluxo de gás ou líquido que entra: composição, temperatura e pressão 
2. Grau de separação desejado 
3. Escolha do agente absorvente (ou stripper)
4. Pressão operacional, temperatura e queda de pressão permitida 
5. Fluxo mínimo de absorvente
6. Número de estágios de equilíbrio 
7. Efeitos de térmicos e necessidade de resfriamento 
8. Tipo de equipamento de absorção ou stripper 
9. Altura do equipamento 
10. Diâmetro do equipamento
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Especificações de Projeto
Propriedades do absorvente: 
 
1. Ter um alto grau de solubilidade para o soluto (minimiza a quantidade de absorvente requerido) 
2. Ter baixa volatilidade (aumenta a recuperação de soluto e reduz a perda de absorvente) 
3. Ser estável (reduz a reposição de absorvente) 
4. Não corrosivo (diminui os custos com equipamentos resistentes a corrosão) 
5. Ter baixa viscosidade (reduz a queda pressão e exigências de bomba, assim como, aumenta o fluxo de massa) 
6. Não forme espuma quando em contato com gás (reduz o tamanho do equipamento) 
7. Não seja tóxico e inflamável (segurança) 
OBRIGADA!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!