Exercicio scale up (resolução de exercício de adsorção). Scale-up de uma Coluna de Adsorção

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Exercício 2 – Scale-up de uma Coluna de Adsorção 
 
 Uma corrente residual de álcool em ar originária de um determinado processo foi 
adsorvida por partículas de carvão ativado, num leito empacotado contendo 79,2 g de 
carvão. O diâmetro do leito é de 4 cm e o comprimento de 14 cm. A corrente de gás, com 
concentração de 600 ppm e densidade de 0,00115 g/cm3, entra no leito com uma vazão de 
754 cm3/s. Os dados na tabela abaixo apresentam os valores das concentrações da curva 
de efluência. A concentração no ponto de ruptura é c/c0 = 0,01. 
 
Tabela: Concentrações na saída da coluna 
Tempo (h) 0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,2 6,5 6,8 
c/c0 0 0 0,002 0,030 0,155 0,396 0,658 0,903 0,933 0,975 0,993 
 
(a) Determine o tempo do ponto de ruptura tb, a fração da capacidade total até o ponto 
de ruptura e o comprimento do leito não usado. 
(b) Se o tempo de ruptura para uma nova coluna é de 6 h, qual o novo comprimento total 
da coluna? 
(c) Também determine a capacidade de saturação do carvão. 
 
Solução: 
 
O gráfico abaixo foi construído com os dados da tabela: 
 
 
 
Figura 5 Curva de efluência 
 
A partir do gráfico: Para c/c0 = 0,01 , temos que tb = 3,65 h e td = 6,95 h 
 
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8
C
/C
o
tempo (h)
A2 A1 
O tempo equivalente à capacidade total do leito é obtido por integração gráfica: 


−=
0
)1( dt
c
c
t
o
t = A1 + A2 = 3,65 + 1,51 = 5,16 h 
Tempo equivalente à capacidade usável do leito até o ponto de ruptura: 
 −=
bt
o
u dt
c
c
t
0
)1( = A1 = 3,65 h 
Fração da capacidade usada até o ponto de ruptura: 707,0=
t
u
t
t
 
Comprimento do leito usado: T
t
u
B H
t
t
H = = 0,707 . 14 = 9,9 cm. 
Comprimento do leito não usado: T
t
u
UNB H
t
t
H )1( −= = (1 – 0,707) . 14 = 4,1 cm 
 
(b) Considerando o novo tb = 6,0 h, o novo HB é obtido a partir da razão do tempo de ruptura 
multiplicado pelo valor anterior de HB. 
)9,9(
65,3
0,6
=BH = 16,3 cm 
O novo comprimento do leito é: HT = HB + HUNB = 16,3 + 4,1 = 20,4 
 
A nova fração de leito utilizada até o ponto de ruptura é agora (16,3 / 20,4) ou 0,799. 
 
 
(c) A capacidade de saturação do carvão será: 
 
Vazão do ar (g/h) = 754 cm3/s . 3600 s . 0,00115 g/cm3 = 3122 g/h 
 
Álcool total adsorvido = )16,5)(/3122)(
)(10
)(600
(
6
hhg
arg
alcoolg
 = 9,67 g álcool 
 
Capacidade de saturação = 9,67 / 79,2 = 0,1221 g álcool / g carvão 
 
Bibliografia 
Genkoplis, C. J. Transport Process and Unit Operations. Third Edition. 1993.