Coluna de Absorção

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Coluna de Absorção com 
Reação Química 
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Universidade Federal de São João Del Rei- Campus Alto Paraopeba
Grupo:
Amanda Ambrósio
Amanda Bastos
Carolina Monteiro
Gabrielle Lopes
Jordana Alves 
Larissa Barboza
Luiz Gustavo
Sara Juliana
Laboratório de Engenharia Química III – Ouro Branco, agosto 2017
Introdução
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES
• A absorção consiste em uma operação unitária de separação na qual ocorre a
transferência de soluto de uma corrente gasosa para uma corrente líquida;
• A separação pode ser:
1. Física;
2. Química;
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CONCEITOS E DEFINIÇÕES
Importância desta operação:
• Recuperação de produtos, subprodutos e reagentes;
• Tratamento de emissões atmosféricas, pela remoção de compostos
poluentes da corrente de gás;
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• Transferência de massa em que um soluto gasoso A presente em uma
mistura de gases, é absorvido por um líquido no qual o soluto é mais ou
menos solúvel;
• A manipulação dos parâmetros de processo (temperatura, pressão, vazões
de alimentação, entre outros) influencia diretamente nas taxas de reação;
CONCEITOS E DEFINIÇÕES
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EQUIPAMENTOS
• Utilizadas colunas ou torres fechadas, em que há aumento da área de
contato entre as duas correntes;
• O fluxo contracorrente é o mais utilizado, uma vez que isso garante que o
gás prestes a deixar a coluna encontre o líquido que acaba de entrar;
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TIPOS DE COLUNAS DE ABSORÇÃO
• Câmara de pulverização
 O líquido é pulverizado e remove o soluto do gás que flui no 
sentido ascendente na câmara;
 Usa elevada quantidade de água: 3 a 14 litros/m3 de gás;
 Apresenta reduzida área superficial para a absorção;
 Rendimento: 50-75 %
Figura 1: Coluna de pulverização[1] 7
TIPOS DE COLUNAS DE ABSORÇÃO
• Coluna de pratos
 O líquido desce em cascata por uma série de pratos onde
contacta o gás, removendo o soluto deste.
 O gás flui no sentido ascendente;
 Melhor distribuição da fase líquida;
Figura 2: Coluna de pratos[1] 8
TIPOS DE COLUNAS DE ABSORÇÃO
• Coluna de enchimento
 O líquido é pulverizado e remove o soluto do gás que flui no 
sentido ascendente na câmara;
 Usa reduzida quantidade de água: 1 a 3 litros/m3 de gás;
 Apresenta elevada área superficial para a absorção;
 Rendimento: > 90 % 
Figura 3: Coluna com enchimento[1]
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TIPOS MAIS COMUNS DE ENCHIMENTO
• Requisitos para um bom enchimento
 Elevada área molhada/volume;
 Baixo peso;
 Elevada resistência química;
 Baixa retenção de líquido;
 Reduzida queda de pressão;
 Baixo custo;
Figura 4: Tipos de enchimento[1]
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Objetivos
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• Determinar o coeficiente de transferência de massa(kya);
• Porcentagem de recuperação do CO2 de uma corrente gasosa através de um fluxo
contra corrente de água em uma coluna de absorção com recheio do tipo anel de
Rasching.
OBJETIVOS DA PRÁTICA
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Metodologia
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MATERIAIS
14
Figura 5: Reservatório de 
água. 
Figura 6: Bomba.
Figura 7: Soprador. Figura 8: Rotâmetro e interruptores.
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MATERIAIS
Figura 9: Sensores de 
temperatura. 
Figura 10: Indicadores de 
temperatura digital com 
sensor externo. 
Figura 11: Anéis Rasching. 
Figura 12: Tubo em U.
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MATERIAIS
Figura 13: Coluna de absorção. Figura 14: Saída de 
água na base. 
Figura 15: Saída de 
água no topo. 
Figura 16: Solução de 
fenolftaleína e NaOH
0,01M. 
1) Coluna de absorção
2) Cilindro de CO2
3) Soprador de ar
4) Bomba
5) Rotâmetros
6) Indicadores de temperatura
7) Tanque de água
8) Tanque de recuperação de CO2
9) Manômetro em U
10)Altímetro barométrico
11)Tubulações e conexões
12)Válvulas
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APARATO EXPERIMENTAL
Figura 17: Coluna de absorção de gás . 
Parâmetros Fixos
Diâmetro interno da coluna de absorção;
Altura do recheio.
Parâmetros Variáveis
Vazão de alimentação de ar, CO2 e água ;
Temperaturas de entrada e saída de água e ar ;
Titulação (volume de NaOH);
Vazões nos rotâmetros;
Altura manométrica.
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VARIÁVEIS E MEDIÇÕES
Para determinar a concentração de CO2 na água do topo e na base
da coluna de absorção siga os passos a seguir:
1) Acione o equipamento e ajuste as vazões de ar CO2 e água.
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Figura 18: Coluna de absorção de 
gás. 
Figura 19: Termopares e rotâmetro.
2) Colete uma amostragem de água de aproximadamente 100 ml do
topo da coluna (duplicata) titule com NaOH 0,01M e anote o volume
de NaOH gasto;
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Figura 20: Coluna de absorção de gás. 
3) Aguarde cerca e 5 min para o sistema atingir o regime
permanente, colete uma amostragem da água e titule com NaOH
0,01M.
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PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Figura 21: Coluna de absorção de gás. 
Aplicações
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As operações de absorção possuem diversas aplicações nas indústrias químicas,
petroquímicas e de alimentos, como por exemplo:
Produção, separação e purificação de misturas gasosas e concentração de
gases;
Produção de ácidos (sulfúrico, clorídrico, nítrico e fosfórico), de amoníaco, de
amônia, de formaldeído, de carbonato de sódio;
Tratamento de gases de combustão do carvão e de refinarias de petróleo;
Remoção de compostos tóxicos ou de odor desagradável (como o gás H2S);
Purificação de gases industriais;
Separação de hidrocarbonetos gasosos.
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APLICAÇÕES
Tratamento de 
dados
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CONVERSÕES
Unidade dos rotâmetros:
o Água: galão/h ou L/min
o Ar: L/min de água
o CO2: SCFH 
É necessário realizar a conversão para a mesma unidade para
trabalhar os dados para a discussão.
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COLUNA DE ABSORÇÃO
Reações químicas envolvidas:
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Reação 1
Reação 2
Reação 3
Reação 4
Reação 5
COLUNA DE ABSORÇÃO
Considerações para o balanço de massa:
oAr inerte e insolúvel em água;
oÁgua não se evapora na fase gasosa;
oA fase líquida é composta apenas por CO2 e água;
oA fase gasosa é composta apenas por CO2 e ar;
oCO2 é o único componente presente tanto na fase gasosa (V) quanto na
fase líquida (L);
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COLUNA DE ABSORÇÃO
Balanço de massa:
Segundo a Lei de Conservação de Massas:
[1]
Logo,
[2]
Onde: E: Entrada S: Saída T: topo B: Base
L: Fluxo molar da fase líquida;
V: Fluxo molar da fase gasosa;
X: Razão molar do 𝐶𝑂2 na fase líquida;
Y: Razão molar do 𝐶𝑂2 na fase gasosa. 28
COLUNA DE ABSORÇÃO
Balanço de massa:
Considerando mistura diluída, temos que X é bem pequeno, logo: 
𝐿𝑇 ≅ 𝐿𝐵 = L e 𝑉𝑇 ≅ 𝑉𝐵 = V [3]
Assim a equação [2] se resume:
[4]
Logo, rearranjando tem-se :
[5]
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COLUNA DE ABSORÇÃO
Balanço de massa:
Onde:
[6]
Sendo Q= vazão volumétrica da água
[7]
h = altura manométrica representada pelo tubo em U
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COLUNA DE ABSORÇÃO
Balanço de massa:
Além disso, é possível encontrar uma relação entre a vazão molar de 𝐶𝑂2 na mistura
gasosa da base (𝑌𝐵) e a fração molar de 𝐶𝑂2 na mistura gasosa que entra na base da
coluna (𝑦𝐵) através da seguinte equação:
[8] 
Sendo:
[9]
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COLUNA DE ABSORÇÃO
Balanço de massa:
Analogamente,
[10]
[11]
o𝑋𝑇: razão molar de CO2 no fluido presente no topo da coluna;
o𝑥𝑇: fração mássica de CO2 no fluido presente no topo da coluna;
o𝑋𝐵: razão molar de CO2 no fluido presente na base da coluna;
o𝑥𝐵: fração mássica de CO2 no fluido presente na base da coluna.
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TITULAÇÃO
Reações químicas envolvidas:
Balanço de massa:
[12]
33
Reação 6
Reação 7
Reação 8
TITULAÇÃO
• Associando com a fração molar da base e do topo 
tem-se:
[13]
[14]
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TITULAÇÃO
• Substituindoas vazões molares e as razões molares na equação do 
balanço molar:
• Determina-se a razão molar do CO2 que sai pelo topo:
Razão molar de CO2 na fase gasosa
[4]
[15]
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TITULAÇÃO
• Para determinar o número de unidade de transferência (𝑁𝑂𝐺) 
deve-se levar em consideração os valores de YB e YT:
• Posteriormente determina-se a altura de uma unidade de 
transferência (𝐻𝑂𝐺)
Determinação do Coeficiente de Transferência de Massa
[16]
[17]
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TITULAÇÃO
• O Coeficiente global de transferência de massa 𝐾𝑦𝑎 pode,
finalmente, ser determinado pela equação:
Onde,
o𝑆: Área da seção transversal da coluna de absorção
o𝑑 : Diâmetro da seção transversal
oV: Vazão molar do gás inerte.
[18]
[19]
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TITULAÇÃO
• Para o cálculo da taxa de recuperação do gás carbônico é utilizada a
seguinte equação:
o𝑌𝐵: razão molar de CO2 no gás presente na base da coluna; 
o𝑌T: razão molar de CO2 no gás presente na topo da coluna.
Taxa de recuperação do gás carbônico
[20]
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• [1] Notas de Aula, operações de Separação por Difusão I (“Processos de Separação”). Disponível em: 
<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAMZsAL/absorcao#> . Acesso: 18 de agosto 2017.
• [2] Repositório Roca. UTFPR. Disponível em: 
<http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/4477/1/MD_COEAM_2014_2_05.pdf>. Acesso em: 18 de agosto 
2017.
• [3]TECQUIMICA.CEFET MG. Disponível em: 
<http://www.tecquimica.cefetmg.br/galerias/arquivos_download/Absorxo_-_Gisele_-_CEFET_2012.pdf>. Acesso em: 18 
de agosto 2017.
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Procedimento Experimental:
1. Coluna de absorção
2. Cilindro de CO2
3. Soprador de ar
4. Bomba
5. Rotâmetros
6. Indicadores de temperatura
7. Tanque de água
8. Tanque de recuperação de CO2
9. Manômetro em U
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Medição
Parâmetros Fixos 
Diâmetro interno da coluna de absorção;
Altura do recheio.
Parâmetros Variáveis 
Vazão de alimentação de ar, CO2 e água ;
Temperaturas de entrada e saída de água e ar ;
Titulação (volume de NaOH);
Vazões nos rotâmetros;
Altura manométrica (entre as pegadas de pressão do manômetro em U).
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Roteiro
1. Verificar válvulas, a válvula de saída da coluna de absorção deve ficar aberta, a válvula
amarela deve permanecer fechada durante todo experimento, a válvula de acesso ao
tanque 7 deve ficar fechada e a válvula de acesso ao tanque 8 deve permanecer aberta.
2. Abrir um pouco os rotâmetros de Ar e de água, para que o sistema não sinta um impacto
grande durante o Start.
3. Pegar uma alíquota de 100 mL para titulação inicial com NaOH em duplicata.
4. Start no equipamento, apertar a chave geral, essa chave libera as chaves do sistema,
posteriormente apertar as chaves do soprador, da água e dos indicadores de temperatura.
Lembrando que o após esse passo é necessário o ajuste fino nas vazões de Ar e água, e
também a abertura e regulagem do CO2.
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5. Esperar aproximadamente 5 minutos para o sistema entrar em estado permanente e pegar uma
alíquota na base da coluna para fazer uma nova titulação com NaOH.
6. Após a realização do experimento, desligar a vazão de CO2, desligar a chave do soprador, da
água e dos indicadores de temperatura, e pôr fim a chave geral.
7. Esgotar o sistema e fechar as válvulas.
8. Mantenha o tanque 7 sempre com uma quantidade suficiente de água.