Artigo Absorção

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ABSORÇÃO DE CO2 DE UMA MISTURA DE AR UTILIZANDO UMA SOLUÇÃO DE ABSORÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO (NaOH).
BORGES, Agda Vanessa Moraes1
 GAYA, Pedro Leonardo 1
1 Departamento de Engenharia Química, Universidade do Vale do Itajaí, Rua Uruguai, 458, Itajaí (SC).
RESUMO
A absorção é uma operação unitária amplamente empregada industrialmente em processos que necessitam a transferência de um ou mais componentes em fase gasosa para uma fase líquida. Na área ambiental este processo pode ser explorado para reter substâncias poluentes, ou até mesmo transformá-las em componentes não poluentes, como é o caso da sua aplicação em torres de limpeza de gases resultantes de processos industriais e que não podem ser liberados para a atmosfera sem nenhum tratamento. O processo de absorção consiste na transferência de um componente solúvel de uma fase gasosa para um absorvente líquido, até que o sistema atinja o equilíbrio, não realizando mais a transferência de massa. No ensaio realizado de absorção com reação química utilizou-se uma solução aquosa de hidróxido de sódio para absorver CO2 uma mistura gasosa de ar. A concentração do sal formado (Na2CO3), bem como a concentração volumétrica do dióxido de carbono foram analisadas ao longo do processo e apresentaram um leve aumento relacionado ao aumento da vazão de operação. Entretanto, com a concentração do CO2 saída é superior ao de entrada, representa que a velocidade de reação química limitou a formação do sal.
 Palavras-chave: Operação unitária; Absorção líquido-gás; Reação química. 
1. INTRODUÇÃO
	A absorção de gases é uma operação unitária muito utilizada em plantas industriais e consiste na transferência de um composto contido em um gás para um líquido absorvente devido à solubilidade e à diferença de concentração entre as correntes. O uso da absorção tem em vista dois principais objetivos: purificação de gases ou remoção de poluentes e recuperação de produtos. A absorção de CO2 e a recuperação de hidrocarbonetos leves são algumas das aplicações de uma coluna de absorção. 
	A absorção pode ser dividida em dois grupos principais, os quais levam em consideração a interação entre absorvente e absorvido, que são a absorção física e a química. Na absorção física, não há reação química entre as correntes e a característica mais influente é a solubilidade do produto a ser absorvido na corrente do líquido absorvente. 
	Já na absorção química, ocorre primeiramente a absorção física seguida então de uma reação entre absorvente e absorvido. Quando a mesma ocorre, há um aumento da taxa de absorção e a eficiência de transferência de massa é melhorada.
	Em uma coluna de absorção, as duas fases em contato tendem a entrar em equilíbrio e o nível de absorção de um componente é dado pela sua pressão parcial à uma dada temperatura e concentração. O equilíbrio é encontrado quando a pressão parcial do componente na fase liquida for igual a sua pressão parcial na fase gasosa, igualando-se assim os potenciais químicos (SILVA FILHO, 2009).
	Segundo Leite, Bertoli e Barros (2005), é comum encontrar recheios em colunas de absorção, onde os mesmos visam o aumento da área de troca de massa efetiva e podem ser perfurados, valvulados e também de diversos materiais. 
	O solvente é um dos parâmetros de seleção mais importantes em uma coluna de absorção e a escolha do mesmo deve ser cuidadosa, pois as suas propriedades definirão o sucesso desse processo. 
	O principal fator a ser observado na escolha do solvente deve ser a solubilidade do soluto no mesmo. Os solventes também se diferenciam por serem reativos ou não-reativos: os solventes reativos geram uma rápida reação com o soluto, aumentando a velocidade da absorção e gerando assim um processo químico. Já nos não-reativos, ocorre somente uma interação física por meio de forças de Van der Waals. 
	A escolha do recheio, por sua vez, também é uma parte que exige cuidado rigoroso no processo, pois o mesmo deve possuir principalmente uma grande área de contato superficial e alta porosidade, além de boa resistência química e mecânica. Um fator comum à escolha do solvente e do recheio é o baixo custo. O experimento teve como objetivo a absorção de CO2 de uma mistura gasosa de ar.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Em seguida serão apresentados os equipamentos, materiais, reagentes e metodologia utilizada neste experimento. 
2.1 EQUIPAMENTOS
	O equipamento utilizado para o ensaio foi o módulo de absorção da Eco Educacional, conforme a Figura 1.
Figura 1 - Módulo de Absorção.
Fonte: Eco Educacional, 2018.
2.2 MATERIAIS
· Seringas;
· Pera de sucção;
· Proveta;
· Béquer;
· Erlenmeyer;
· Bureta;
· Balança analítica.
2.3 REAGENTES
· Solução de ácido clorídrico (HCl 0,1 – fator de correção=0,1050 M);
· Solução de hidróxido de sódio (NaOH) a 0,5 (m/v)%;
· Cilindro de 6 kg de dióxido de carbono;
· Indicadores: fenolftaleína e alaranjado de metila;
2.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores de volume de HCl gastos na titulação com fenolftaleina e alaranjado de metila foram adaptados a vazão de 400 mL/min.
Todos os dados coletados no experimento estão dispostos em tabelas nos Apêndices 6.1 e 6.2, através das quais novos parâmetros foram calculados para ser possível a completa análise do experimento.
	A Tabela 1 apresenta os dados de concentração obtidos, que estão contidos no Apêndice 6.1, para as amostras gasosas e seus equivalentes volumes gastos de titulante para as titulações realizadas com os dois indicadores. A unidade da concentração utilizada foi de cm³ de CO2 por m³ da mistura gasosa ar+CO2. O V1 corresponde ao volume de titulante gasto até a viragem utilizando a fenolftaleína e o V2, utilizando o metilorange.
Tabela 1 – Concentrações e volumes titulação gasosas
	Local
	Concentração (ppm)
	V1 (mL)
	V2 (mL)
	1
	35432,2
	8,1
	1,0
	2
	23214,1
	9,2
	1,1
	3
	14661,6
	10,0
	1,2
	4
	6109
	10,9
	1,4
	5
	4887,2
	11,3
	1,7
Como é possível observar, a concentração aumentou com o decorrer dos estágios considerando o local 5 como a saída de CO2, esse aumento de CO2 pode ter acontecido devido a um erro de anotação dos resultados.
	A Tabela 2 contém as concentrações de CO2 da fase gasosa em percentual volumétrico de cada estágio com as suas respectivas vazões mássicas, também mostradas no Apêndice 6.1.
Tabela 2 – Concentrações e vazões líquidas
	Porcentagem real
de CO2 (%v/v)
	Vazão Le
(g/min)
	3,54322
	0,07632
	2,32142
	0,08480
	1,46616
	0,09328
	0,61090
	0,11872
	0,48872
	0,12720
Os dados contidos na Tabela 3 foram utilizados para construção do Gráfico 1 para melhor interpretação do fenômeno.
Gráfico 1 – Análise da fase gasosa.
Pelo fato de a concentração e a vazão terem demonstrado serem dependentes linearmente um do outro, com um coeficiente de determinação igual a 0,9425 como é possível observar através do Gráfico 1, os dois parâmetros são proporcionais, ou seja, quanto maior a vazão da corrente de líquido, maior é também sua concentração.
	Os valores de concentração mássica da corrente líquida estão dispostos na Tabela 4, contidos no Apêndice 6.2, juntamente com o volume gasto de titulante para a realização da titulação, onde o primeiro volume foi o utilizado para a titulação com a fenolftaleína e o segundo, com o alaranjado de metila.
Tabela 3 – Concentrações e volumes titulação líquidas
	Local
	Concentração 
(g de Na2CO3/mL)
	V1 (mL)
	V2 (mL)
	1
	0,001908
	19,0
	1,8
	2
	0,002120
	18,6
	2,0
	3
	0,002332
	18,0
	2,2
	4
	0,002968
	17,4
	2,8
	5
	0,003180
	17,2
	3,0
A concentração mássica do carbonato de sódio aumentou com o passar dos estágios, considerando o local 1 como o primeiro estágio de formação de carbonato. Para análise do comportamento da corrente líquida, a Tabela 4 contém seus valores de concentração e vazão mássica, contidos no Apêndice 6.2.
Tabela 4– Concentrações e vazões líquidas
	Concentração
(g de Na2CO3/mL)
	Vazão
(g/min)
	0,001908
	0,07632
	0,002120
	0,08480
	0,002332
	0,09328
	0,002968
	0,11872
	0,003180
	0,12720
O Gráfico 2 foi construído com os valores contidos na Tabela 4 para melhor visualizaçãodo fenômeno.
Gráfico 2 – Análise da fase líquida.
A interpretação da fase líquida pode ser análoga à da fase gasosa, onde a concentração e a vazão apresentam dependência linear entre si, ou seja, quando a vazão aumenta, a concentração de Na2CO3 também aumenta, justificativa para o fato de a concentração ter aumentado ao longo dos estágios, já que a vazão também aumentou.
Por fim, a Tabela 5 contém as temperaturas coletadas após 30 minutos de experimento.
Tabela 5 – Temperaturas
	Local
	Temperatura
	
	Líquido
	Gasoso
	Entrada
	22,7
	22,5
	Módulo 1
	-
	22,3
	Módulo 2
	-
	22,2
	Módulo 3
	-
	22,4
	Módulo 4
	-
	21,8
	Saída
	22,3
	21,7
Através da Tabela 6 é possível observar que a temperatura no interior da coluna não variou significativamente entre os pontos de coleta, mantendo-se também praticamente constantes ao longo do experimento.
4. CONCLUSÃO
	Com o passar dos estágios, o gás vai ficando cada vez mais sujo, ou seja, aumenta-se sua concentração de CO2 juntamente com sua vazão, o que no ponto de vista da coluna não está correto. Portanto pode-se concluir que houve um erro ao anotar os resultados das titulações, assim resultando em valores não coerentes de CO2 nos estágios.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ECOEDUCACIONAL. Bancada de absorção líquido-gás. Disponível em: <https://ecoeducacional.com.br/produto/bancada-de-absorcao-liquido-gas-md021/>. Acesso em: 27 maio 2021.
LEITE, André Búrigo; BERTOLI, Sávio Leandro; BARROS, Antônio André Chivanga. Absorção química de dióxido de nitrogênio (NO2). Vol.10, n. 1, jan/mar 2005, pg. 49-57. Arquivo PDF. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/%0D/esa/v10n1/v10n01a05.pdf>. Acesso em: 27 maio 2021.
SILVA FILHO, Luiz Ferreira da. Avaliação da remoção de sulfeto de hidrogênio do gás natural em uma coluna de absorção. Natal - RN, mar. 2009. ARQUIVO PDF. Disponível em: <https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/15773/2/LuizFSF_Parcial.pdf>. Acesso em: 27 maio 2021.
APÊNDICE A
Figura 2 – Dados do primeiro estágio da coluna na fase gasosa.
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 3 – Dados do segundo estágio da coluna na fase gasosa.
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 4 – Dados do terceiro estágio da coluna na fase gasosa.
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 4 – Dados do quarto estágio da coluna na fase gasosa.
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 4 – Dados do quinto estágio da coluna na fase gasosa.
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 5 – Dados do primeiro estágio da coluna na fase líquida
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 6 – Dados do segundo estágio da coluna na fase líquida
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 7 – Dados do terceiro estágio da coluna na fase líquida
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 7 – Dados do quarto estágio da coluna na fase líquida
 
Fonte: EcoEducacional, 2021
Figura 7 – Dados do quinto estágio da coluna na fase líquida
Fonte: EcoEducacional, 2021
APÊNDICE B - EXERCÍCIO PROPOSTO
Descreva um problema real de emissão atmosférica (um problema ambiental) de alguma indústria, com vazão, temperatura e concentração do contaminante em ar. 
Como a indústria está solucionando o problema? Você como engenheiro químico, o que faria de diferente? 
O problema escolhido, está relacionado a um artigo, sobre uma indústria do ramo de fundição de ferro, localizada no município de Joinville no estado de Santa Catarina. Através de pesquisas obteve-se que a empresa em questão é a empresa Wetzel S.A.
Assim, com os dados obtidos, pelos autores frente às coletas, em fontes de emissão, destacam-se que os poluentes emitidos para a atmosfera são dióxido de enxofre (SO2), tri óxido de enxofre (SO3), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e material particulado (MP)
Para determinar a concentração dos gases de combustão emitidos pelas chaminés foram utilizados os equipamentos Orsat e Tempest, ambos certificados pelo órgão ambiental. Em relação massa e as concentrações de SO2 e SO3 emitidos, estas são determinadas pelo equipamento CIPA. A análise dos metais presentes nas amostras de material particulado foi realizada por espectrometria de massa por plasma induzido (ICP-MS). Os compostos orgânicos voláteis (COVs) foram coletados na chaminé por um laboratório externo, e a amostra foi analisada por cromatografia gasosa (CG).
Contudo como observado pela autora ARAUJO, Eliana Mercy. ELABORAÇÃO DE UM PLANO DE MONITORAMENTO DE EMISSÕES ATMOSFÉRICAS EM FONTES ESTACIONÁRIAS DE UMA INDÚSTRIA DE FUNDIÇÃO DE FERRO EM JOINVILLE- SC, acesso em 27 Mai 2021. Disponível em: <https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/124339/49.pdf?sequence=1>. 
Com os dados obtidos, verificou-se que não houve uma variação entre o permitido pelo órgão ambiental, contudo, destaca-se que os compostos que são emitidos, mesmo em pequena escala são danosos aos indivíduos e ao meio ambiente
Em contrapartida, a mesma traz os meios que se utiliza para tratar os seus resíduos, assim para os meios atmosféricos estão: lavadores de gases e chaminés e também realiza a manutenção preventiva dos equipamentos de controles, como limpeza e vistoria. 
Contudo, com o ponto de vista de engenheiro químico, observando os dados do artigo, tem-se que os tratamentos empregados pela indústria mesmo que efetivos dentro dos padrões legais, poderia ser aprimorado com a utilização de torres de absorção e tanques com solução neutralizante, assim buscando melhorias para o meio, para redução de seus poluentes, e já promovendo um tratamento prévio destes contaminantes, que podem ser neutralizados.
0.12720000000000001	0.11872000000000001	9.328	0000000000002E-2	8.48E-2	7.6319999999999999E-2	3.5432199999999998	2.3214199999999998	1.4661599999999999	0.6109	0.48871999999999999	Vazão (g/min)
Concentração (%v/v)
7.6319999999999999E-2	8.48E-2	9.3280000000000002E-2	0.11872000000000001	0.12720000000000001	9.5399999999999999E-4	1.06E-3	1.2719999999999999E-3	1.4840000000000001E-3	1.5900000000000001E-3	Vazão (g/min)
Concentração (%v/v)