Dimensionamento de uma coluna de absorção

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UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO 
FACULDADE DE ENGENHARIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
 
 
 
 
PROJECTO FINAL DE TECNOLOGIA QUÍMICA IV 
 
 
 
 
BERNARDINO SALVADOR SIMÃO CARLOS 
 
 
DIMENSIONAMENTO DE UMA COLUNA DE 
ABSORÇÃO COM ENCHIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
Luanda 
 2019 
 
 
 
 
BERNARDINO SALVADOR SIMÃO CARLOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Trabalho da disciplina 
Tecnologia Química IV 
 
 
ORIENTADOR: 
Professor Afonso Dala C. Fula 
 
 
 
Luanda 
2019
 
i 
 
AGRADECIMENTO 
Á todos que têm contribuído direita ou indiretamente para minha formação, nestes longos 
anos de estudo, os meus mais sinceros sentimentos de gratidão. 
 
 
 
 
 
 
ii 
 
RESUMO 
 O processo de absorção é usado com o principal objectivo de facilitar a remoção de um 
componente não desejado de um fluido. O procedimento para projetar uma coluna de absorção 
é comum para os processos similares de dessorção ou stripping, bem como para a destilação. 
Em si o mesmo requer a determinação do diâmetro e da altura da coluna. O diâmetro é função 
da capacidade de operação, o que, no caso específico da absorção, é determinado pela vazão de 
alimentação da corrente gasosa, contendo o vapor do produto ou produtos que se deseja esgotar. 
Já a altura depende da separação desejada e da taxa de transferência de massa através do 
enchimento, envolvendo balanço material, coeficientes de transferência de massa e estimativa 
dos gradientes de concentração para esta transferência. Durante o processo existem diferentes 
perdas, as mesmas serão calculadas neste trabalho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iii 
 
ABSTRACT 
The absorption process is used for the primary purpose of facilitating the removal of an 
unnecessary component of a fluid. The procedure for designing an absorption column is 
common for similar desorption or removal processes as well as for distillation. The same is 
required to determine the diameter and height of the column. Diameter is a function of operating 
capacity, or the case, no specific case of absorption, is determined by the flow rate of the gas 
stream, including the vapor of the product or products you wish to exhaust. There is already a 
height dependent on selection and mass transfer rate through loading, material movement, mass 
transfer coefficients and estimation of concentration gradients for this transfer. During the 
process there are different variations, as will be calculated in this paper. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
LISTAS DE SIGLAS E SÍMBOLOS 
Parâmetro Designação Unidades 
gc Aceleração de gravidade [ ft/s2 ] 
H Altura da torre de absorção [ m ] 
Hoy Altura de uma unidade de transferência [ m ] 
AT Área da secção transversal da torre [ m2 ] 
Gent Caudal da mistura gasosa á entrada da torre [ Kmol/h ] 
L Caudal de água como agente absorvedor [ Kg/h ] 
 Coeficiente de molhagem do enchimento [ - ] 
Ky Coeficiente de transferência de massa [ Kmol/m2h ] 
X Coordenada do gráfico (da torre de enchimento) [ - ] 
Y Coordenada do gráfico (da torre de enchimento) [ - ] 
G Densidade do gás [ lb/ft
3 ] 
L Densidade do liquido [ lb/ft
3 ] 
D Diâmetro da torre de absorção [ m ] 
Fp Factor de enchimento [ - ] 
G´ Fluxo de gás na torre de absorção [ Kg/h ] 
L´ Fluxo de líquido na torre de absorção [ Kg/h ] 
Ytopo Força motora do teor na fase gasosa, no fundo [ - ] 
Yfundo Força motora do teor na fase gasosa, no topo [ - ] 
Yln Força motora em média logarítmica do teor [ - ] 
YA1 Fracção de acetona na corrente gasosa do fundo [ - ] 
YA2 Fracção de acetona na corrente gasosa do topo [ - ] 
XA1 Fracção de acetona na corrente de líquido do fundo [ - ] 
XA2 Fracção de acetona na corrente de líquido do topo [ - ] 
Noy Número de unidades de transferência [ - ] 
( P/z )m Perdas por resistência hidráulica do enchimento molhado [Kgf/m
3] 
(P/z) sec Perdas por resistência hidráulica do enchimento seco [Kgf/m
3] 
Mgás Peso molecular do gás [Kg/Kmol] 
 Porosidade [ % ] 
( P) Queda de pressão total [Kgf/m
2] 
R Constante dos gases [atm.l/mol.k] 
ap Superfície de enchimento por unidade de volume [ ft2/ft3 ] 
T Temperatura média dentro da torre de absorção [ ºC ] 
Gop Velocidade de operação da torre [ Kg/m2h ] 
Gin Velocidade de inundação da torre [ Kg/m2h ] 
P Pressão atmosférica [ N/m2 ] 
AR Área real da secção transversal da torre [ m2 ] 
Noy Número de etapas ideais [ - ] 
L´ Quantidade de líquido á saída da torre [ Kg/h ] 
Re Número de Reynolds [ - ] 
w Densidade do liquido puro [ lb/ft
3 ] 
µf Viscosidade do liquido [ lb/ft.s ] 
 
6 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................ 7 
1.1 OBJECTIVO GERAL ..................................................................................................................................... 7 
1.2 OBJECTIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................................................... 7 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .............................................................................................................. 8 
2.1 O ABSORVENTE .......................................................................................................................................... 9 
2.2 DIÂMETRO DA TORRE ................................................................................................................................ 9 
2.3 ALTURA DA TORRE .................................................................................................................................. 10 
2.4 QUEDA DE PRESSÃO ................................................................................................................................. 10 
3. CALCULOS PARA O DIMENSIONAMENTO ..................................................................................... 11 
3.1 ENUNCIADO ................................................................................................................................................. 11 
3.2 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE ACETONA EXISTENTE NA CORRENTE GASOSA ................................ 11 
3.3 DETERMINAÇÃO DA QUANTIDADE DE ACETONA ABSORVIDA ................................................................... 12 
3.4 DETERMINAÇÃO DAS FRAÇÕES MOLARES DO TOPO E DO FUNDO .............................................................. 13 
3.5 CÁLCULO DA LINHA DE EQUILÍBRIO ......................................................................................................... 14 
3.6 CÁLCULO DO NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERÊNCIA ....................................................................... 14 
3.7 CÁLCULO DA VELOCIDADE DE OPERAÇÃO DA TORRE ............................................................................... 15 
3.8 DETERMINAÇÃO DO DIÂMETRO DA TORRE ............................................................................................... 19 
3.9 DETERMINAÇÃO DA ALTURA DE UMA UNIDADE DE TRANSFERÊNCIA ....................................................... 19 
4. DETERMINAÇÃO DAS PERDAS HIDRÁULICAS POR RESISTÊNCIA ....................................... 21 
4.1. CÁLCULO DA QUEDA DE PRESSÃO NO ENCHIMENTO SECO ........................................................................... 21 
4.2. CÁLCULO DA QUEDA DE PRESSÃO NO ENCHIMENTO MOLHADO .................................................................. 22 
4.3. DETERMINAÇÃO DAQUEDA DE PRESSÃO TOTAL ......................................................................................... 24 
CONCLUSÕES ................................................................................................................................................... 24 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................................................... 25 
 
 
 
 
 
 
7 
 
1. INTRODUÇÃO 
As operações unitárias de separação são o coração da engenharias química, o conhecimento e 
domínio destas operações unitárias sempre foram primordiais, uma vez que, efetuada a reação 
química principal requer-se separá-lo, sem perdas, preservando, tanto as características dos 
produtos, quanto a economia do processo produtivo. As separações envolvidas são separações 
unitárias cobrindo uma extensa gama de possibilidades, desde as etapas de purificação do 
produto, evaporação e destilação, como ainda as separações requeridas para evitar a emissão de 
poluentes diversos ao meio-ambiente como filtração, absorção… 
A absorção é um processo na qual se pretende remover preferencialmente um ou mais 
componentes de uma mistura gasosa por contacto com uma corrente liquida onde estes 
componentes se dissolvem. 
A absorção pode ser física ou química. Na absorção física, o gás é removido devido sua maior 
solubilidade no solvente utilizado que em outros gases. Já na absorção química, o gás a ser 
removido reage com o solvente e permanece em solução. 
Para este trabalho iremos nos limitar em projetar uma torre de absorção física 
1.1 Objectivo geral 
 Dimensionar uma torre de absorção com enchimento. 
1.2 Objectivos específicos 
 Determinar o diâmetro da coluna de absorção com enchimento; 
 Determinar a altura da coluna de absorção com enchimento; 
 Determinar as perdas por resistência hidráulica de enchimento molhado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
A absorção de gás envolve a transferência de um componente solúvel de uma 
fase gasosa para um absorvente líquido relativamente não-volátil. Nos casos mais simples de 
absorção de gás, o absorvente líquido não se vaporiza, e o gás contém apenas um constituinte 
solúvel. Já nos mais complicados é possível que vários componentes 
sejam absorvidos e que parte do absorvente se vaporize. No equipamento de absorção, o 
absorvente líquido está abaixo do seu ponto de bolha e a fase gasosa está muito acima do seu 
ponto de orvalho. A absorção envolve a adição de um componente ao sistema (isto é, do 
absorvente líquido). Em muitos casos, o soluto deve ser removido do absorvente, esta remoção 
pode ser feita por uma coluna de destilação, ou num processo separativo. A absorção é 
amplamente adotada na indústria química, o ácido clorídrico é produzido pela absorção do 
cloreto de hidrogênio gasoso em água, a fermentação aeróbia dos lodos de esgoto exige a 
absorção de ar, a carbonatação das bebidas refrigerantes envolve a absorção de dióxido de 
carbono (Almeida et, al., 2008) 
A absorção de gás é uma operação na qual uma mistura gasosa é colocada em contacto com um 
líquido, para dissolver seletivamente um ou mais componentes do gás e obter uma solução 
destes no líquido. Na direção oposta, ou seja, do líquido ao gás, a operação é conhecida como 
dessorção. Geralmente, essas operações são usadas apenas para a recuperação ou descarte do 
soluto (Farias, 2015). 
O princípio de absorção e de dessorção é basicamente o mesmo, então as duas operações podem 
ser estudadas ao mesmo tempo, porem para este trabalho nos cingiremos apenas na absorção. 
Existem basicamente dois tipos de equipamentos para a absorção que são as torre de 
pratos e torre de recheio (Farias, 2015): 
 Torre de pratos: A transferência de massa de um prato realiza-se através das gotas ou 
bolhas formadas pela passagem do vapor dentro da fase líquida. 
 
 Torre de recheio: Nas torres de recheio, a fase líquida é dispersa no topo através da 
ação de um distribuidor de líquido, escoando na forma de um filme líquido na 
superfície dos elementos de recheio. 
 
 A seção transversal da torre é completamente ocupada por estes elementos, formando 
um leito poroso através do qual o líquido e o gás escoam em contracorrente. 
 
9 
 
 
 O recheio cumpre a função de sustentar o filme da fase líquida da mesma forma 
que permite um adequado contato entre as fases. 
No projeto ou avaliação de torres de pratos ou de recheios, uma sequência lógica deve 
ser executada, tendo como finalidade o equipamento ou obter as condições de operações mais 
econômicas. A seguinte sequencia para um projeto seria (Farias, 2015): 
 Escolha do solvente; 
 Estimativa das condições de operação; 
 Determinação ou avaliação do diâmetro da torre e da queda de pressão; 
 Determinação da altura da torre. 
 
2.1 O absorvente 
A absorção é um processo de transferência de massa baseado nas diferenças de solubilidade 
gás/líquido dos diversos componentes da mistura a tratar. Um dos pontos fundamentais para se 
obter uma separação eficiente é a escolha do solvente. No processo de absorção, a seleção de 
um solvente é de suma importância para a remoção e seleção dos componentes de interesse. Se 
o objetivo do processo é produzir uma solução específica o solvente deverá ser selecionado pela 
natureza do produto. No entanto, se o propósito é eliminar algum componente do gás, há 
possibilidades para eleger o solvente líquido. A seleção do absorvente deve levar em 
consideração alguns aspetos importantes (Farias, 2015): 
 
 Apresentar elevada solubilidade com o soluto gasoso; 
 Apresentar baixa pressão de vapor ou volatilidade 
 Não deve ser tóxico; 
 Não inflamável; 
 Quimicamente estável; 
 Baixo ponto de fusão; 
 Deve ser barato, para que a sua reposição seja economicamente viável. 
 
2.2 Diâmetro da Torre 
O diâmetro de modo simples é o comprimento de uma linha reta que passa pelo centro do 
cilindro e que toca seus limites. Ele é calculado a partir do escoamento das fases através do 
recheio sem que haja inundação. Como critério de projecto, o fluxo operacional de gás não 
 
10 
 
deve ultrapassar uma fração daquele relativo à inundação. O diâmetro é estimado tomando-se 
como área de escoamento a da seção transversal da torre. (Cauanga & Sebastião, 2017) 
2.3 Altura da Torre 
O cálculo da altura de recheio de uma torre de absorção depende da separação desejada e da 
taxa de transferência de massa através do recheio, envolvendo balanço material, coeficientes 
de transferência de massa e estimativa dos gradientes de concentração para esta transferência. 
A determinação do número de estágios de equilíbrio na absorção é feita de forma semelhante 
à da destilação, utilizando-se a curva de equilíbrio e a reta de operação (Cauanga & Sebastião, 
2017). 
2.4 Queda de Pressão 
A queda de pressão é um fator importante a ter em conta nas torres de absorção dado que 
quantifica a dispersão das fases e é decisiva na estimativa da eficiência. Depende das 
velocidades das fases líquida e gasosa, do tipo de enchimento e do tipo de fluido. 
A análise da queda de pressão permite verificar que um aumento na área superficial do 
enchimento ou diminuição da porosidade levam a uma queda de pressão maior e que quando a 
velocidade do gás é elevada, a queda de pressão aumenta. 
 
 
Figura 1:Queda de pressão em colunas de enchimento 
 
A Figura 1 permite observar que para uma dada velocidade do gás a queda de pressão aumenta, 
com o aumento da velocidade do líquido, devido à diminuição da área de secção livre disponível 
para o fluxo de gás. 
 
11 
 
3. CALCULOS PARA ODIMENSIONAMENTO 
3.1 Enunciado 
Pretende-se fazer uma absorção de vapores de acetona a partir de uma mistura “acetona - ar”. 
O caudal de água como agente absorvedor é de 3100[kg/h]. A temperatura média dentro da 
torre de absorção é de 20 [oC]. 
Através da torre à pressão atmosférica entra por baixo a mistura gasosa, cujo conteúdo de 
acetona è de 6 % de volume. O caudal de ar da mistura gasosa é de 1450 m3/h em condições 
normais de temperatura e de pressão (CNTP). Durante o processo absorve-se 96 % de acetona. 
A equação de equilíbrio è: Y*=1,68X onde; 
Y*- em kmol de acetona por kmol de ar; 
 X*- em kmol de acetona por kmol de água. 
 Determinar o diâmetro e a altura da torre de absorção cheia de anéis de Raschig (25*25*3) 
[mm]. A velocidade do gás deve ser 25% menor que a velocidade no ponto de início de inversão. 
O coeficiente total de transferência de massa é: Ky=0,4 [kmol de acetona/(m2.h)]. 
Assume – se que o coeficiente de malhagem do enchimento é ζ = 1. 
Com base na altura do enchimento, determinar as perdas por resistência hidráulica de 
enchimento molhado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fundo da coluna (1)
 
 
 
Entrada do líquido 
 L2;X2 
Saída do gás 
 G2; Y2 
Saída do líquido 
 L1; X1 
Entrada do gás 
 G1; Y1 
 
 
Topo da coluna (2)
 
 
Figura 2: Coluna de absorção 
 
 
12 
 
3.2 Determinação da quantidade de acetona existente na corrente gasosa 
Sabendo que à pressão atmosférica o caudal de ar da mistura gasosa 𝐺𝑎𝑟 = 1450 m
3/h 
Convertendo o caudal volúmico em caudal molar tendo como auxilio os dados nas condições 
normais de temperatura e pressão (CNTP): 
(
 1 𝑚𝑜𝑙 → 22,4 ∗ 10−3 𝑚3 
𝐺á𝑠 𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 → 1450 𝑚3/ℎ
) → 𝐺á𝑠 𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 =
 1450
𝑚3
ℎ ∗ 1 𝑚𝑜𝑙
22,4 ∗ 10−3 𝑚3
→ 𝐺á𝑠 𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 64732 𝑚𝑜𝑙 ℎ⁄ = 𝟔𝟒, 𝟕𝟑𝟐 𝒌𝒎𝒐𝒍/𝒉 
 
Portanto, 𝐺𝑎𝑟 á entrada = 64732 mol/h = 64,732 Kmol/h corresponde a 100% da mistura da 
corrente gasosa total na torre. 
(
 100% 𝑑𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑔𝑎𝑠𝑜𝑠𝑎 → 64,732 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ 
6% de volume de acetona

 𝐺𝑎𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎
) → 𝐺𝑎𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎 = 3,884 Kmol/h 
𝐺𝑎𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎= 3,884 Kmol/h corresponde a quantidade de acetona existente na mistura gasosa do 
fundo da coluna. 
3.2 Determinação da quantidade de acetona absorvida 
A quantidade de acetona (C3H6O) existente na mistura gasosa do fundo da coluna obtido 
corresponde ao total que se encontra na corrente gasosa (100%). 
Para o processo em estudo apenas 96% dos 100% é capturado pelo solvente então: 
 𝐿1( acetona)𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑣𝑖𝑑𝑜 = 0,96 ∗ 𝐺𝑎𝑐𝑒𝑡𝑜𝑛𝑎 = 𝟑, 𝟕𝟐𝟗 Kmol/h 
Como se trata de regime permanente e de uma absorção física (sem reacção química), então 
não há acumulação nem produção por reacção química sendo assim o balanço de massa será: 
Conteúdo de acetona Conteúdo de acetona
que entra no sistema que sai do sistema
   
   
   
; (1) 
 
O caudal de acetona que entra para coluna será igual ao que sai dela, portanto: 
𝐿1(𝐶3𝐻6𝑂) + 𝐺2(𝐶3𝐻6𝑂) = 𝐿2(𝐶3𝐻6𝑂) + 𝐺1(𝐶3𝐻6𝑂) 
 
13 
 
𝐿2(𝐶3𝐻6𝑂) = 0, visto que na entrada a água não contém acetona o balanço de massa simplifica-
se: 
𝐺2(𝐶3𝐻6𝑂)= 𝐺1(𝐶3𝐻6𝑂)-𝐿1(𝐶3𝐻6𝑂)); 
𝐺2(𝐶3𝐻6𝑂)=(3,884 –3,729 ) Kmol/h 
𝐺2(𝐶3𝐻6𝑂) = 0,155Kmol/h. (Quantidade que não foi absorvida) 
3.3 Determinação das frações molares do topo e do fundo 
As fracções molares no topo e fundo são calculadas a partir das seguintes relações: 
Fracções de líquido e vapor do topo: 
𝑌2(𝐶3𝐻6𝑂)= Caudal molar de acetona
Caudal molar na mistura gasosa
; Y2(C3H6O) = 0,155 /
0,00239
64,73 /
Kmol h
Kmol h

 ; 
𝑋2(𝐶3𝐻6𝑂)= 
águademolarCaudal
acetonademolarCaudal
; O caudal de alimentação da água é puro então: 
𝑋1(𝐶3𝐻6𝑂)) = 0. 
Fracções de líquido e vapor do fundo: 
𝑌1(𝐶3𝐻6𝑂)= 
gasosamisturanamolarCaudal
acetonademolarCaudal
; 𝑌1(𝐶3𝐻6𝑂)= 3.884 /
0,060
64,73 /
Kmol h
Kmol h

 
𝑋1(𝐶3𝐻6𝑂) = 
águademolarCaudal
acetonademolarCaudal
; 
Caudal molar de água é: L(H2O) = 3100
Kg
Kmol
h
Kg
18
1

 = 172,222 
h
Kmol
 ; 
𝑋1(𝐶3𝐻6𝑂)= 3,729 /
172,222 /
Kmol h
Kmol h
= 0,022 
Logo, podemos traçar a linha de operação a partir destes pontos: 
 Ponto 1: 
1
1
0,022
0,060
X
Y


 
Ponto 2: 
2
2
0
0,00239
X
Y



 
 
 
14 
 
3.4 Cálculo da linha de equilíbrio 
 
Estimando valores a partir da equação de equilíbrio: 
XY  68,1*
, obtemos: 
 Tabela 1: Estimativa de valores para linha de equilíbrio 
X 0 0.005 0.01 0.02 0.03 0.036 
 Y* 0 0.0084 0.0168 0.0336 0.0504 0.0605 
 
Gráfica – se os dados da Tabela 1 e representa -se o número de etapas, (figura.3). 
 
 Figura 3: Linha de operação e linha de equilíbrio 
Após o gráfico obteu-se 6 etapas teóricas. Porem as rectas não são paralelas e diz MacCabe que 
quando a linha de operação e a linha de equilíbrio não são paralelas então o número de unidades 
de transferência (NTU) é menor que o número de etapas teóricas (NTP). Caso forem paralelas 
então NTU = NTP. 
3.5 Cálculo do número de unidades de transferência 
O Número de Unidades de Transferência é calculado pela equação: 
 
1 2
ln
A AY Y
NTU
Y



; (2) 
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 0 , 0 0 5 0 , 0 1 0 , 0 1 5 0 , 0 2 0 , 0 2 5 0 , 0 3 0 , 0 3 5 0 , 0 4
Linha de equilibrio Linha de operação
 
15 
 
Onde: 
 NTU: número de unidades de transferência; 
 Yln: força motora em média logarítmica. 
 
   * *1 1 2 2
ln *
1 1
*
2 2
ln ln
Fundo Topo
Fundo
Topo
Y Y Y Y Y Y
Y
Y Y Y
Y Y Y
     
  
    
        
 
𝑌∗ = 1,68 × 𝑋 {
𝑌1
∗ = 1,68 × 𝑋1 = 1,68 × 0,022 = 0,03696
𝑌2
∗ = 1,68 × 𝑋2 = 1,68 × 0 = 0 
 
   
ln
0,060 0,03696 0,00239 0
0,0091
0,060 0,03696
ln
0,00239 0
Y
  
  
 
  
; 
1 2
ln
0,060 0,00239
6,331 7
0,0091
A AY Y
NTU
Y
 
   

; unidades de transferência; 
NTU ≈ 7, a condição NTU > NTP se cumpre. 
3.6 Cálculo da velocidade de operação da torre 
 
A velocidade do gás será 75% da velocidade de inundação, pois ela deve ser 25% menor que a 
velocidade de inundação 
75%op inG G 
 (3) 
Onde, 
 Gop: velocidade de operação da torre. 
 Gin: velocidade de inundação. 
Para calcular Gin é necessário obter as coordenadas do gráfico de velocidade de fluxo na torre 
 
 Para calcular a coordenada X, utiliza-se a equação seguinte: 
 
 
16 
 
 
´
´
G
L G
L
X
G

 
 
 (4) 
Onde: 
 X: coordenada do gráfico da torre de enchimento; 
 L´: caudal de líquido na torre de absorção; 
 G´: caudal de gás na torre de absorção; 
 G: densidade do gás; 
 L: densidade do líquido. 
Considerando que o gás se encontra a pressões baixas e tem um comportamento ideal a 
partir da equação dos gases ideais pode-se obter a densidade do gás. 
 
 







3
;
m
Kg
RT
PM gás
G
 (4.1) 
Onde, 
 P: pressão atmosférica; 
 Mgás: peso molecular do gás; 
 R: constante dos gases; 
 T: temperatura média dentro da torre de absorção.O peso molecular da mistura gasosa, é dado por: 
 
 
ararOHCOHCgás MYMYM  )()( 6363
; [kg/kmol] 
 
Sendo que: 
][58)( 63 molkgM OHC 
; 
 
][97,28)( molkgM ar 
; 
 
 0,06 58 1 0,06 28,97 30,712 .gás
Kg
M
Kmol
 
       
 
 
Substituindo os dados na equação 4.1: 
 A densidade do gás: 
 
17 
 
 
 
5 2
3
1,013 10 / 30,712 /
1277,144
8,314 / º 20 273 º
G
N m kg kmol g
J gmol K K m
          
; 
  3
3 3 3
0,30481
1,28 0,079
0,4536 1
G
mKg lb lb
m kg ft ft
       
 
 
Densidade da água pura: 
33
4,621000
ft
lb
m
Kg
L 
 
 
 Cálculo da quantidade de líquido e gás na torre 
 
 A quantidade de líquido na torre é dado por: 
 
acetonasolvente LLL ´
 ; 






h
Kg
 (5) 
Onde, 
Lsolvente: Caudal de água como agente absorvedor 
Lacetona : Quantidade de acetona absorvida 
L´: Caudal de líquido existente na torre 
3,729 58
216,282 /acetona
kmol kg
L kg h
h kmol
  
 
´ (3100 216,282) / 3316,282 /L kg h kg h  
; 
64,732 30.712
´ 1988,049 /
kmol kg
G kg h
h kmol
  
. 
Substituindo na equação (4), a coordenada X será igual á: 
 
3316,282 0,079
0,059
1988,049 62,4 0,079
X   

 
Com este valor da abcissa interceta-se a linha de inundação e determina-se o valor da 
ordenada (Y) como mostra a figura abaixo 
 
18 
 
 
 
 obtêm-se: Y = 0,175. Sendo que Y é dado pela expressão abaixo 
𝑌 =
𝐺𝑖𝑛
2 × 𝐹𝑝 × 𝑙
0,1
𝑔𝑐 × 𝐺(𝐿 − 𝐺)
→ 𝐺𝑖𝑛 = √
𝑌 × 𝑔𝑐 × 𝐺(𝐿−𝐺)
𝐹𝑝 × 𝑙
0,1
 (𝟔) 
 
Do Trelbal página 220, Tabela 6 obtém-se as características do enchimento de anéis de Rashing 
com dimensões 25253 [mm] e considerando o tamanho nominal e espessura da parede de 1 
polegada, extraí-se os seguintes valores: 
 
2
2
8
2
8 /2,3210274,11018,4 sft
hkg
kgm
hlb
lbft
g
ff
c 
; 
 
𝐿
= 1 𝐶𝑝 ; 𝐹𝑝 = 155 ;  = 0,73 ; 𝑎𝑝 = 190 𝑚
−1 = 58
𝑓𝑡2
𝑓𝑡3
 
 
Substituindo os valores na equação (6) 
 
𝐺𝑖𝑛 = √
0,175 × 32,2 × 0,079(62,4 − 0,079)
155 × 10,1
= 0,42 𝑙𝑏/𝑓𝑡2𝑠 
 Figura 4: Inundação e queda de pressão (determinação da coordenada Y) 
 
19 
 
 𝐺𝑖𝑛 = 7388,86 𝑘𝑔/𝑚
2ℎ 
Substituindo Gín, na equação (4): 
𝐺𝑜𝑝 = 0,75 × 𝐺𝑖𝑛 = 7388,86 × 0,75 = 5541,645 𝑘𝑔/𝑚
2ℎ 
𝐺𝑜𝑝 = 5541,645
𝑘𝑔
𝑚2ℎ
×
1
30,71 𝑘𝑔 𝑘𝑚𝑜𝑙⁄
= 180,451 𝑘𝑚𝑜𝑙/𝑚2ℎ 
3.7 Determinação do diâmetro da torre 
Atendendo ao facto da nossa torre de absorção ter uma aproximação a um cilindro então 
consideramos a área da secção transversal do corpo cilíndrico que é AT = π×R2; e sabendo que 
o diâmetro é D= 2×R; substituindo podemos obter o diâmetro da coluna: 
 
  ;
4
;
4
2
2
m
A
D
m
D
A
T
T






 ( 7) 
D é o diâmetro da torre de absorção. 
A área total da coluna de absorção será: 
 
 
 
Substituindo na equação (7), podemos obter o 
diâmetro da coluna: 
   
4 0,359
0,676 67,6D m cm

  
 
3.8 Determinação da altura de uma unidade de transferência 
A altura de uma unidade transferência é dada por: 
 m
yaK
G
aKgP
G
H
My
oy ,
)1( 

; (8) 
A média logarítmica para correção do coeficiente de transferência de massa calcula-se por: 
2
;
1988.049
0,359
5541.645
T
operação
T
G
A
G
A m


    
 
20 
 
 
 
     











,
1
1
ln
11
1
*
Y
Y
YY
Y M
; (8.1) 
Onde: 
 Hoy: altura de uma unidade de transferência; 
 G: caudal da mistura gasosa; 
 a: superfície de enchimento por unidade de volume; 
 Ky: coeficiente de transferência de massa, KY = 0,4 [Kmol/m
2h]; 
 Y: coordenada do gráfico da torre de enchimento. 
 Para o Topo (2): 
 
 
   
,
1 0,00239 1 0
1 0,999
1 0,00239
ln
1 0
M Topo
y
  
  
 
 
 
 
 Para o Fundo (1): 
 
 
   
,
1 0,06 1 0,03696
1 0,951
1 0,06
ln
1 0,03696
M Fundo
y
  
  
 
  
 
Substituindo em (8.1) obtemos: 
 
 
   
 
 
1 1 0.951 0,999
1 0,975
0,9511
lnln
0,9991
Fundo Topo
M
Fundo
Topo
y y
y
y
y
   
   


 
 
A altura de uma unidade de Transferência da coluna é dada pela equação (8), portanto 
introduzindo os dados teremos: 
 
21 
 
 
 
180,451
2,44
190 0,4 0,975
oyH m 
 
; 
A altura real da coluna é dada pela expressão seguinte: 
𝐻𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 = 𝑁𝑇𝑈 × 𝐻𝑜𝑦 [𝑚] 
𝐻𝑡𝑜𝑟𝑟𝑒 = 7 × 2,44 = 17,08 [𝑚] 
4. DETERMINAÇÃO DAS PERDAS HIDRÁULICAS POR RESISTÊNCIA 
 
4.1. Cálculo da queda de pressão no enchimento seco 
 
Para a determinação da queda de pressão no enchimento seco utiliza-se a correlação de Ergun. 
 
  
75.1
Re
1150´6
2´'



 
GC
g
Z
P
f
Gc
; 
 
 (9) 
 YXf
Z
P
,

 
Onde: 
 (P/z): quedas de pressão/unidade de comprimento da torre; 
 Re: número de Reynolds; 
 Fp: factor de enchimento; 
 : coeficiente de porosidade; 
 g´c: aceleração de gravidade. 
 
Para regime turbulento, 
 
0
Re
1150

 
; visto que Re aumenta, a expressão, reduz-se: 
 
75,1
´
´6
2´


GF
g
Z
P
p
Gc 
 (9.1) 
Isolando: 
Gc
P
g
GF
Z
P
´6
´´
75,1
2

 
 
22 
 
Em que: 
T
OHCgas
A
LG
G 63´


; 






hm
Kg
2
 (9.1.1) 
2
1988,049 216,282
´ 4935,284
0,359
Kg
G
m h
  
   
 
 
 
 
PP FF  2´
; (9.1.1.a) 
 
 155PF
; 









2
8´ 10274,1
hKg
mKg
g
f
c
; 
 
2
8 3
1.75 2 155 4935,284
13,72
6 1.274 10 1,26
fKgP
Z m
    
   
    
; 
3
Sec
13,72
f
o
KgP
Z m
  
   
   
 
 
 
 
Sec
13,72
o
P Z   
 
  2Sec 13,72 17,08 267,26
f
o
Kg
P
m
 
     
  
 
4.2. Cálculo da queda de pressão no enchimento molhado 
 
Como já foi dito: 
),( YXf
Z
P


, a partir da equação (6), com os dados obtidos calcula-se a 
coordenada Y: 
 
 
𝑌 =
𝐺2 × 𝐹𝑝 × 𝑙
0,1
𝑔𝑐 × 𝐺(𝐿 − 𝐺)
 
 
 
 
23 
 
𝐺𝑜𝑝 = 5541,645
𝑘𝑔
𝑚2ℎ
= 0,32 𝑙𝑏/𝑓𝑡2𝑠 
 
Substituindo em (7), obtém-se: 
1.01001,0
)079,04,62(079,02,32
115532,0 1.02



Y
 





1,0
06,0
0
O
O
Y
X
P
,intercetando na curva de inundação obtemos, 
MolhadoZ
P





 
perdas por resistência 
hidráulica do enchimento molhado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

















 
3
2
3
03,245,1
m
Kg
OHft
lb
Z
P
Molhado 
 
  224,03*17,08 410,432
f
molhado
Kg
P
m
 
    
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Inundação e queda de pressão (determinação da queda de pressão no enchimento molhado) 
 
24 
 
4.3. Determinação da queda de pressão total 
 
A quedade pressão ao longo da Torre de absorção será o somatório das quedas para o 
enchimento molhado e seco respectivamente: 
 
 SM Z
P
Z
P
Z
P





 





 

 ; 






3m
Kg (11) 
 
 
 
 
 
CONCLUSÕES
 
A partir dos resultados obtidos pode se concluir que: 
A coluna terá as seguintes dimensões: 
- Altura da torre de absorção: H = 17,08[m], para agrupar os outros acessórios 
da torre; 
- Diâmetro da torre de absorção: D = 0,676 [m]; 
- Queda de pressão total por unidade de comprimento da torre ou perdas por 
resistência hidráulica total: (P/z) = 37,75 [Kg/m3]; 
- Queda de pressão total (P)T = 644,77






2m
Kg f
 
De modo a evitar a inundação a torre operará a um máximo de 75% da velocidade de inundação. 
 
 
 
 
3
24,03 13,72
37,75
P
Z
P Kg
Z m

 
   
   
   
 
25 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 Almeida, A. M., Ramos, B. E., Costa, C. F., Pietroski, R. B, Dores, R. Wolaniuk, J. K. 
(2008). Absorção de gas. Telêmaco Borba 
 Farias, A. B. (2015). Estudo da absorção das espécies pesadas do gás natural em octanol: 
Efeitos da temperatura e vazão (Master’s thesis, Universidade Federal do Rio Grande do 
Norte) 
 Cauanga, G. V., Sebastião, L. D. (2017). Dimensionamento de uma coluna de absorção 
a gás. Universidade Agostinho Neto. Angola 
 Fula, A. D.C., “Tecnologia Química IV, Apontamentos do 5º Ano”, Universidade 
Agostinho Neto, Luanda, Angola 2019 
 Treybal, R. E. (1988)Operaciones com transferencia de massa. 2ª Ediçao. 
 McCabe, W. L., Smith, J. C., Harriott, P. (1998). Operações unitárias em engenharia 
química. 4ª Edição