Relatório 2 ABSORÇÃO

Operações

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UNIVALI

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Larissa Cordova

22/03/2018

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UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ
CENTRO DE CIENCIAS TECNOLÓGICAS DA TERRA E DO MAR – CTTMar
Gabriela Ormeneze Silva
Larissa de Cordova
EXPERIMENTO DE ABSORÇÃO
LÍQUIDO-GÁS
Itajaí, 2017
Gabriela Ormeneze Silva
Larissa de Cordova
EXPERIMENTO DE ABSORÇÃO
LÍQUIDO-GÁS
Elaboração de relatório apresentada como requisito parcial para a obtenção da M2 da disciplina de Operações Unitárias III, no curso de Engenharia Química da Universidade do Vale do Itajaí, Centro Tecnológico da Terra e Mar - CTTMAR.
Professora: Franciélle Girardi.
Itajaí, 2017
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Dispositivos de contato empregados em colunas de absorção 6
Figura 2 Bancada de Absorção Líquido-Gás - Coluna de Pratos com Recheios. 8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Seleção do tipo de colunas empregadas no processo de absorção 7
SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO
Pode dizer-se, sem exagero, que o processo de absorção de gases em líquidos é tão antigo como a própria indústria química. Cerca de 1830, por exemplo, William Gossage encheu um moinho de vento abandonado com pequenos cavacos de madeira sobre os quais fez correr água, para nesta absorver ácido clorídrico. Possivelmente, este facto marca a invenção da primeira torre de absorção, tendo o princípio sido protegido por uma patente britânica de 1836. Por esta altura, Gay Lussac introduziu o uso de colunas de enchimento para proceder à absorção dos óxidos de azoto que se formam na fabricação de ácido sulfúrico, pelo processo das câmaras de chumbo. Na moderna indústria química existe um grande número de situações em que um gás deve ser absorvido por um líquido. Uma destas situações, que maior importância tem, surge no problema da eliminação do dióxido de carbono das misturas gasosas que vão ser utilizadas na síntese do amoníaco. (ESTUDOS DE ABSORÇÃO GÁS-LÍQUIDO, 1971).
Dióxido de carbono (CO2) é um componente natural encontrado na atmosfera terrestre e que está presente por muitas eras geológicas. Porém, desde a revolução industrial, sua concentração na atmosfera tem aumentado significativamente, e tende a crescer ainda mais durante os próximos anos. (MELLO, 2013).
Neste contexto, a redução na emissão de CO2 é uma preocupação mundial desde 1992, com a Convenção das Nações Unidas, ECO 92, e, com a assinatura do Protocolo de Kyoto, ampliou-se à atuação dos países para minimizar a emissão dos gases de efeito estufa, com maior foco no CO2 (DEY, 2006). Com a Rio + 20 tem-se voltado a explorar este tópico em busca de tecnologias que causem menos impactos ambientais e reduzam a emissão dos gases de efeito estufa.
No Brasil, em especial, com a descoberta do pré-sal, as empresas, envolvidas na extração do Petróleo e no seu processamento, vêm buscando alternativas para reduzir a emissão do CO2, presente no pré-sal, pois a quantidade estimada de CO2 em campos de pré-sal é 8 % a 12 % , representando cerca 3,1 bilhões de toneladas de CO2, que não poderão ser emitidos para a atmosfera (SOARES, 2009).
Baseado na natureza das interações entre a solução absorvedora e o gás contaminante presente na corrente de gás, a absorção pode ser classificada em: absorção física, absorção com reação reversível e absorção com reação irreversível.
Absorção física
Segundo Khol e Nielsen (1997) absorção física ocorre quando o contaminante da corrente gasosa (que se deseja purificar) apresenta maior solubilidade na solução absorvedora do que os outros componentes da referida corrente, sem, contudo, reagir com o meio absorvedor. A concentração de equilíbrio do contaminante absorvido na fase líquida é fortemente influenciada pela pressão parcial deste na fase gasosa. O projeto de equipamento para este tipo de absorção emprega técnicas relativamente simples. Como exemplo deste tipo de absorção, pode-se citar a absorção de H2S e CO2 em dimetil-éter de polietileno glicol (Processo Selexol).
Absorção química
Neste tipo de absorção tem-se pelo menos uma reação química na fase líquida, que pode ser irreversível ou reversível. A reação química ocorre entre o componente gasoso que é absorvido e os componentes da fase líquida.
No caso da absorção com uma reação irreversível, o produto de reação formado não se decompõe. Tem-se como exemplo a absorção do ácido sulfúrico em solução de ferro quelato onde há formação de uma pasta elementar contendo enxofre elementar.
Nesta absorção tem-se a reação química entre o gás que será absorvido e a solução absorvedora formando um produto de reação, cuja pressão de vapor é baixa (KHOL e NIELSEN, 1997).
Para o processo de absorção são empregadas colunas verticais (torres) cilíndricas, cujos internos podem assumir diversas configurações como: recheios (randômicos ou estruturados) ou pratos. Os internos podem ser intercambiáveis, embora as características do processo possam favorecer um interno ou outro (KHOL e NIELSEN, 1997).
As principais diferenças de desempenho entre as colunas de pratos e as de recheio estão relacionadas com a hidrodinâmica das fases gás e líquida. Um guia para a escolha do tipo de coluna a ser empregada está apresentado na Tabela 1.
Com relação ao fluxo das correntes as colunas podem ser contracorrente, concorrente ou fluxo cruzado.
A Figura 1 apresenta as principais formas de contato entre as fases empregadas nas colunas de pratos e recheio usadas no processo de absorção.

Tabela 1 Seleção do tipo de colunas empregadas no processo de absorção
Fonte: Adaptada de Khol e Nielsen, (1997).
Coluna de pratos Coluna de recheio
Características do processo
Para reações lentas
Baixa perda de carga
Diâmetros acima de 1m
Soluções absorvedoras que tendem a criar espuma
Pressões elevadas
Baixas pressões

Fluidos corrosivos

Figura 1 Dispositivos de contato empregados em colunas de absorção
Fonte: Adaptado do catálogo da empresa Sulzer (2012)

2- OBJETIVOS
2.1. Objetivos Gerais
Estudar o processo de absorção com reação química, na bancada da Ecoeducacional do laboratório de Operações Unitárias, para observação do fenômeno bem como aplicação e entendimento dos conceitos estudados.
2.2. Objetivos Específicos
Ligar e operar o equipamento para seu devido funcionamento;
Controlar as vazões;
Coletar amostras gasosas e líquidas;
Fazer titulação, para determinação de CO2 absorvido e/ou Na2CO3 formado;
Comparar as quantidades de acordo com diferentes vazões de operação.

3- MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Equipamento
O equipamento utilizado foi o módulo de Absorção Líquido-Gás representado pela figura 2, montado pela Ecoeducacional.
Figura 2 Bancada de Absorção Líquido-Gás - Coluna de Pratos com Recheios.
Fonte: Experimento de Absorção Líquido - Gás, Girardi (2017).
Os itens acima demarcados que são:
1. Reservatórios, para preparação da solução absorvente;
2. Bomba Peristáltica;
3. Medidor de vazão (Rotâmetro), para Ar;
4. Medidores de vazão (Rotâmetros) para CO2; NH3 e SO2, respectivamente;
5. Coluna de Absorção Líquido - Gás para operar em regime contínuo; construída com peças de teflon e vidro projetada com isolamento térmico a vácuo e totalmente desmontável facilitando manuseios; limpezas; adição ou subtração de módulos (estágios) de absorção e as eventuais trocas de recheios. A coluna é composta por:
MF – Módulo de fundo, com diâmetro interno de 50 mm e altura de 100 mm, com pontos de coleta de amostra e monitoramento de temperatura;
MA – Cinco Módulos (estágios) de absorção; diâmetro interno de 50 mm e altura de 100 mm; formados por recheios de anéis de Raschig de 8 mm de tamanho característico, suportados em pratos perfurados; isolamento térmico a vácuo e com pontos de coleta de amostra e monitoramento de temperatura;
MT – Módulo de topo, com diâmetro
interno de 50 mm e altura de 100 mm, com pontos de coleta de amostra e monitoramento de temperatura;
6. Regulador de nível, do Módulo de fundo;
7. Psicrômetro, de bulbo seco e bulbo úmido;
8. Vacuômetro buordon;
9. Reservatório de descarte do produto de fundo;
10. Bomba de vácuo
11. Painel elétrico com Indicador de Temperatura, para termo resistências (pt-100) posicionados ao lado da coluna de absorção;
Válvulas de Bloqueio:
VB1 e VB2: dos reservatórios de alimentação 1 e 2;
VB3: auxiliares de esgotamento de fundo;
VB4: auxiliar para equalização de nível;
VB5: drena líquido acumulado nos “traps” laterais da coluna;
VBV: da sucção da bomba de vácuo;
VAV: de alívio do vácuo do isolamento térmico da coluna de absorção e
VT: de topo para regulagem da pressão interna da coluna de absorção.

3.2 Materiais e Reagentes
Suporte, mufa e garra;
Balança analílica;
Buretas de 25 mL;
Béquers de 250 mL;
Erlenmeyers de 125 mL;
Seringas de 60 e 10 mL;
Pipetas graduadas de 25 mL;
Pera de sucção;
Dióxido de Carbono (CO2);
Solução de Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,5% (5 g/L);
Ácido Clorídrico (HCl);
Indicador Fenolftaleína;
Indicador Alaranjado de Metila

3.3 Procedimento experimental
Preparar, nos Reservatórios de solução absorventes , aproximadamente 25 a 50 litros de uma solução de NaOH a 0,5 % em peso (5 g/L);
Ligar o painel elétrico e realizar vácuo na camisa da coluna de absorção, fechando a válvula VAv e ligando a bomba de vácuo, regulando-a em -650mmHg. Desliga-se a bomba de vácuo travando a válvula VBv automaticamente;
Abrir as válvulas VB2 ou VB2 de acordo com o reservatório de uso, com VB3 fechada e VB4 aberta;
Ligar a bomba peristáltica e ajustar a vazão da solução de NaOH para 20 mL/min, e com ajuda do Regulador de Nível, ajustar o nível do Módulo de Fundo para que a altura fique aproximadamente na metade do módulo;
Abrir a válvula de CO2 e de ar comprimido, ajustando as vazões no rotâmetro para 9,5 L/min de ar e 0,5 L/min de CO2, definindo então uma vazão de 10 L/min com 5% de CO2;
Esperar aproximadamente 10 minutos para estabilização da coluna e realizar a coleta de amostras líquidas e gasosas, não deixando de checar sempre as vazões de gás, mantendo-as constantes, monitorar e anotar as temperaturas no painel elétrico durante o experimento;
Amostras líquidas: Pesar a seringa de 10 mL, enchê-la com amostra líquida e pesar novamente. Transferir para um erlenmeyer e adicionar gotas de fenolftaleína, titulando com HCl, anotando o volume gasto, adicionar o alaranjado de metila e titular novamente, também anotando o volume gasto.
Amostras gasosas: Pesar a seringa de 60 mL, enchê-la com 10 ml de NaOH e pesar novamente. Coletar os 50 mL restantes de amostra gasosa e mexer a seringa por aproximadamente 2 min para que a reação de formação de Na2CO3 ocorra. Transferir a solução para um erlenmeyer e adicionar gotas de fenolftaleína, titular com HCl, anotando o volume gasto, prosseguir adicionando o alaranjado de metila e titular novamente.
Repetir o experimento alterando a vazão da solução absorvedora de NaOH para 40 mL/min;
Finalizado o experimento, desligar a bomba peristáltica, painel elétrico e fechar as válvulas de gases;

4- RESULTADOS E DISCUSSÕES
5- CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS
Dey, A.; Aroonwilas, A. Carbon dioxide absorption characteristics of blended monoethanolamine and 2-Amino-2-methyl-1-propanol. Faculty of Engineering, University of Regina. Canada S4S 0A2, 2006. Paginação irregular.
ESTUDOS DE ABSORÇÃO GÁS-LÍQUIDO: Absorção de sulfureto 5 de hidrogénio e de dióxido de carbono em soluções aquosas de aminas. Lísboa: Rev. Port. Quím, 1971. Disponível em: <http://www.spq.pt/magazines/RPQ/269/article/642/pdf>. Acesso em: 20 maio 2017.
GIRARDI, Professora Franciélle. EXPERIMENTO DE ABSORÇÃO LÍQUIDO - GÁS. Itajaí: Univali, 2017.
Khol, A. L.; Nielsen, R. B. Gas purification. 5 Edition. Texas. Gulf Publishing Company. 1997. 1414 p.
MELLO, Lilian Cardoso de. ESTUDO DO PROCESSO DE ABSORÇÃO DE CO2 EM SOLUÇÕES DE AMINAS EMPREGANDO-SE COLUNA RECHEADA. 2013. 125 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Quimica, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2013
SOARES, P. Petrobras estuda “sumir” com CO2 da camada pré-sal. Folha de São Paulo, Rio de Janeiro, 31 de maio de 2009. Caderno Ciência. Disponível em:http://www1.folha.uol.com.br/folha/ciência/ult306u574388.shtml>. Acesso em: 20 maio 2017.
__________ Sulzer Chmetech, Tulsa, Oklahoma 74131 U.S.A. 2012.
ANEXOS