RELATÓRIO Operações Unitárias ABSORÇÃO

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Fundação de Ensino de Contagem FUNEC – Centec
Operações Unitárias
ABSORÇÃO
Professora: Wainecy								 
Nome: Natielly Freitas nº 22							 
Paloma Cristine nº 25									 Rayara Nathanna Rezende nº 32 Turma: A – T2
Contagem,
Julho de 2013
OPERAÇÕES UNITARIAS – ABSORÇÃO 
Absorção na química é um fenômeno ou processo físico ou químico em que átomos, moléculas ou íons introduzem-se em alguma outra fase, normalmente mais massiva, e fixam-se. O processo pode se dar pela fixação de um gás por um sólido ou um líquido, ou a fixação de um líquido por um sólido.
A substância absorvida se infiltra na substância que absorve, diferentemente da adsorção, já que espécies químicas submetidas a absorção são absorvidas pelo volume, não pela superfície (como no caso de adsorção). Um termo mais geral é sorção que abrange adsorção e troca iônica. A absorção é basicamente quando alto toma lugar em outra substância. 
Trata-se de uma operação unitária e está limitada as restrições termodinâmicas assim como a destilação portanto o conhecimento em termodinâmica é imprescindível para se projetar ou operar uma coluna de absorção .
Coluna de absorção laboratorial. 1a): entrada de CO2; 1b): entrada de H2O; 2): saída; 3): coluna de absorção; 4): enchimento.
A absorção de gases é um processo muito utilizado em plantas industriais, principalmente nos processos químicos, seja na preparação da matéria-prima para a transformação de insumos em produtos finais bem como na purificação dos produtos obtidos de tais processos, que consistem na transferência de um componente de uma mistura gasosa para um líquido absorvente devido à solubilidade e à diferença de concentração entre as fases. A absorção pode ser um processo puramente físico ou seguido por reações químicas, dependendo do grau de solubilidade do soluto no solvente. 
 CONCEITO GERAL
A absorção de gases é um processo com o qual se pretende remover preferencialmente um ou mais componentes de uma mistura gasosa por contato com uma corrente líquida onde esses componentes se dissolvem. A operação inversa chama-se Desabsorção, na qual um componente dissolvido num líquido passa para a fase gasosa. Embora a transferência de massa ocorra em direções opostas os princípios físicos associados tanto à Absorção como à Desabsorção são os mesmos. O componente transferido de uma fase para outra é designado por Soluto, a corrente gasosa é composta pelo gás soluto e o Gás de Transporte (ou inerte), e a corrente líquida é constituída pelo Solvente e o soluto.
Os processos de Absorção e Desabsorção são muito usados para produção, separação e purificação de misturas gasosas e concentração de gases, na produção de ácidos (sulfúrico, clorídrico, nítrico e fosfórico), de amoníaco, de amônia, de formaldeído, de carbonato de sódio, no tratamento de gases de combustão do carvão e de refinarias do petróleo, na remoção de compostos tóxicos ou de odor desagradável (como o gás H2S), na purificação de gases industriais e na separação de hidrocarbonetos gasosos. Para regenerar o solvente, ou para obter a corrente gasosa na sua forma pura, pode elevar-se a temperatura ou pode usar-se vapor de água numa coluna de desabsorção, também designada coluna regeneradora (Fig. 1). Como exemplos, refira-se a absorção de NH3 em água (NH4OH) a partir do ar, seguido de elevação de temperatura para recuperação do NH3.
Figura 01: Absorção seguida de desabsorção para regeneração do solvente. 
SELEÇÃO DO SOLVENTE
O processo de Absorção/Desabsorção é um processo de transferência de massa que explora diferenças na solubilidade gás/líquido dos diferentes componentes de uma mistura que se pretende tratar. Por isso, um dos pontos críticos para se obter uma eficiente separação é a escolha do solvente (no caso da absorção) ou do gás de transporte (no caso da desabsorção) a usar. Se o objetivo principal for a produção de um composto específico, a seleção do solvente é restringida pela natureza do produto. No caso da remoção de impurezas de um gás, há maior liberdade de escolha. Como já se disse acima, um dos fatores a considerar na escolha de um solvente é a solubilidade do soluto, devendo esta ser elevada para se obter uma maior velocidade de absorção e para necessitar de menor quantidade de líquido. Outro fator é a natureza química do soluto e do solvente que devem ser semelhantes para aumentar a solubilidade. O solvente pode ser um líquido não reativo e a solubilização do soluto é apenas um processo físico (forças de interação de Van der Waals), ou pode ser um líquido que produz uma reação rápida com o soluto o que faz aumentar a velocidade de absorção e a quantidade a ser absorvida. Este último tipo de solvente químico é usado, em geral, quando o soluto se encontra em baixas concentrações pois é um processo mais seletivo (maior solubilidade do soluto), mas a reação deve ser reversível para que o soluto seja removido numa segunda coluna e não sejam produzidas grandes quantidades de resíduos. Um solvente reativo é também usado quando se pretende converter um composto perigoso num composto mais inócuo.
A capacidade que um solvente tem de absorver um soluto gasoso A é função da sua pressão parcial CA=f(pA), sendo CA a concentração na fase líquida. Por isso, a absorção física é mais indicada para misturas mais concentradas (>pA). Esta relação funcional depende da temperatura e do tipo de solvente. Em geral, a solubilidade do gás diminui com a temperatura. Como exemplos, pode usar-se solventes físicos como o etilenoglicol ou o carbonato de propileno para remover tanto o gás H2S como o CO2 de correntes gasosas mais concentradas (~10 a ~50%), e, para concentrações mais baixas destes (~1 a ~10%, nomeadamente em gases de combustão), usar-se soluções aquosas de alcanolaminas (como a monoetanolamina, MEA, dietanolamina, DEA, ou a trietanolamina, TEA) que reagem reversivelmente com estes compostos. A regeneração pode ser feita por diminuição de pressão, no primeiro caso, ou por aumento de temperatura (para que o soluto vaporize) no segundo caso, originando, no entanto, maiores gastos energéticos. Se apenas houver quantidades vestigiais de H2S ou CO2, pode usar-se NaOH, que reage irreversivelmente. Na produção de amônia, por exemplo, uma corrente gasosa contendo ar e amoníaco é colocada em contacto com água onde o amoníaco é preferencialmente absorvido, uma vez que o ar é muito pouco solúvel em água. No controlo da poluição os vários óxidos de azoto podem ser removidos por absorção com água, ácido sulfúrico ou soluções orgânicas (Cussler, 1997, Strigle, 1987).
O solvente também deve ter baixa pressão de vapor (baixa volatilidade) para reduzir a perda de solvente para a corrente gasosa. Além disso, deve ter baixa viscosidade para a velocidade de absorção e a transferência de calor serem elevadas e os custos de bombagem serem baixos. Por fim, o solvente deve ser barato e acessível, não tóxico, não inflamável, estável quimicamente e não corrosivo para não encarecer o material de construção do equipamento. A maioria dos solventes físicos são solventes orgânicos com elevado ponto de ebulição e baixa pressão de vapor, baixa viscosidade e não corrosivos em contacto com metais comuns.
O processo de absorção é, em geral, exotérmico, sendo acompanhado pela libertação de calor. 
APLICAÇÕES
Considere um soluto na forma de vapor, por exemplo, amônia, misturado com um gás, a ser chamado de "inerte" por exemplo, ar. Esse nome de inerte deve-se a que ele permanecerá sempre na fase gasosa, não será transportado. Deseja-se remover o soluto da mistura gasosa ou para reaproveitamento ou para evitar que essa mistura ar+amônia seja lançada na atmosfera. A remoção completa é impossível, pode se chegar a 99,99% de recuperação mas nunca 100%.
A retirada do soluto (amônia) será feita através de um solvente, por exemplo, água ou um "reagente químico"(por exemplo, uma solução ácida). No primeiro caso, a remoção dá-se através da solubilidade da amônia na água; no outro caso, a amônia reage com o ácido (reação química, um processo químico). Dependendo do caso, um ou outro método pode ser mais interessante e econômico. Para o exemplo em questão, a absorção física é a mais recomendada, pois a água é um ótimo solvente para a amônia; é barata, não é tóxica, não é tão volátil, não é corrosiva, não éviscosa, nem inflamável e é quimicamente estável.
Uma outra simplificação, muitas vezes adotada, é considerar que a água também seja inerte, isto é, ela permanece na forma de líquido e praticamente não evapora. Essa simplificação, em geral, é aceitável porque a quantidade de água evaporada, quando ocorre, normalmente é desprezível em relação à quantidade de soluto que é absorvido. Assim, temos um inerte no gás (ar) e um inerte no líquido (água), e o único componente que passa de uma fase à outra é a amônia.
Em termos de aplicações industriais, pode-se citar diversos exemplos de absorção, tais como na purificação de gases de combustão, remoção de CO2 na fabricação de amônia, recuperação de solutos (SO2, acetona, HCl, etc.) em processos diversos. A absorção de gases é fundamental no processo de contato, na produção de ácido sulfúrico.
DESCRISÃO DO PROCESSO
Uma instalação típica está mostrada na Fig. 1. Neste esquema, o processo é contínuo, em regime permanente, e os fluxos são em contracorrente. A alimentação, constituída de uma mistura gasosa (soluto mais o inerte, ou, no caso, amônia mais ar), é introduzida no fundo da coluna. O solvente (água) é alimentado no topo da coluna. A coluna pode ser de "pratos" ou de "recheio. O importante é saber que esses dispositivos (pratos ou recheio) devem propiciar um bom contato entre as duas fases (de gás e de líqüido) dentro da coluna, de modo a promover uma melhor remoção da amônia pela água. Gás tratado e mais purificado (com menor teor de soluto), sai no topo da coluna e a solução líqüida (água mais a amônia solubilizada) sai embaixo.
 
Figura 1 - Esquema de uma coluna de absorção
A razão pela qual o soluto sai do gás e passa para a fase líqüida é a existência de uma diferença (força motriz) entre a concentração do soluto na fase gasosa e a no gás em equilíbrio com o líqüido (interface das duas fases). É o mesmo processo pelo qual o calor passa de uma porção mais quente para uma mais fria de um mesmo fluido: há uma diferença ou força motriz térmica.
Na descrição feita, estamos considerando o caso de o solvente, introduzido no topo da coluna, ser puro (só água, não contendo amônia). Em algumas situações, pode ocorrer de se usar um solvente recuperado. Nesse caso, como a recuperação nunca é "perfeita", o solvente alimentado no topo da coluna já contém um pouco de soluto. Naturalmente, em termos de poder de absorção, essa pequena presença de soluto vai atrapalhar a sua remoção no processo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://labvirtual.eq.uc.pt/siteJoomla/index.php?option=com_content&task=view&id=35&Itemid=152 >> Acessado em 28/06/2013
http://alunoesperto.com/absorcao-em-operacoes-unitaria >> Acessado em 28/06/2013
http://pt.wikipedia.org/wiki/Absor%C3%A7%C3%A3o_(qu%C3%ADmica) >> Acessado em 28/06/2013
http://www.hottopos.com.br/regeq3/absor.htm >> Acessado em 28/06/2013