Projeto de Coluna de Recheio (Absorção)

RESOLUÇÃO DO EXERCÍCIO 19, PÁG 49 1. RELAÇÃO DE EQUILÍBRIO − Aplicáveis as leis de Dalton e Raoult (Misturas ideais)

log pV = 31,7718 − 2,7254·103 ·303,15-1 − 8,4443 log 303,15 − 5,3534·10-9 ·303,15 + 2,7187·10-6 ·303,152 pV = 118,99 mmHg = 0,156 atm Lei de Dalton: p = y P & Lei de Raoult: p = pV x p 0,156 Igualando as leis: y = V x = x ⟹ RE: y = 0,156 x P 1 2. DIÂMETRO DO RECHEIO

MG = yB Mbenz + 1 − yB Mar = 0,01·78 + 0,99·29 = 29,49 kg/kmol P MG 1 · 29,49 ρG = = = 1,185 kg/m3 RT 0,08206 · 303,15 3 GB 12200 m3 1 h 35,32 ft QB = = = 10295,36 × · ρB h 1,185 60 min 1 m3

QB = 6060,5 ft /min > 2000 ft /min ⟹ d = 2'' = 50,8 mm (pág 47) 3

3

3. CONDIÇÕES TERMINAIS BASE YB =

yB 0,01 kmol benz = = 0,010101 ≅ yB 1 − yB 1 − 0,01 kmol ar

TOPO XT = xT = 0 ⟹ óleo isento de benzeno %Recup kmol benz YT = YB 1 − = 0,010101· 1 − 0,90 = 0,00101 100 kmol ar YT 0,00101 yT = = = 0,00101 = YT 1 − YT 1 − 0,00101 Hipótese: misturas diluídas ( X ≅ x e Y ≅ y ) ⟹ Y = 0,156 X

YB 0,010101 kmol benz = = 0,06475 0,156 0,156 kmol óleo GB 12200 GM = = = 413,70 kmol/h MG 29,49 G = GM 1 − yB = 413,70·0,99 = 409,56 kmol ar / h XB,máx =

Lmín YB − YT YB − YT 0,010101 − 0,00101 = ⟹ Lmín = G · = 409,56 · G XB,máx − XT XB,máx − XT 0,06475 − 0

⟹ Lmín = 57,50 kmol óleo/h (a)

L = 2 Lmín = 2·57,50 = 115 kmol óleo / h

YB − YT G 409,56 kmol benz L = ⟹ XB = XT + · YB − YT = 0 + · 0,010101 − 0,00101 ⟹ XB = 0,03238 115 G XB − XT L kmol óleo xB =

XB 0,03238 = = 0,03136 ( 3,136 mol% benz; 96,864 mol% óleo ) (b) 1 + XB 1 + 0,03238

xB ≅ XB ∴ Hipótese válida.

4. VELOCIDADE MÁSSICA DE INUNDAÇÃO − Método de Mahajani

LB = móleo + mbenz = L·Móleo + XB ·L·Mbenz = 115·300 + 0,03238·115·78 = 34790,45 kg/h X=

LB GB

ρG 34790,45 1,185 = = 0,1062 ⟹ 0,015 < X < 10 ρL 12200 855

ln Y = − 3,3861 − 1,0814 ln X − 0,1273 ln X

2

= − 3,3861 − 1,0814 ln 0,1062 − 0,1273 ln 0,1062

2

Tabela pág 44: anéis de Raschig cerâmicos ⟹ Z = 27800; n = 1,553 ⟹ F = Z d = 27800 · 50,8

µL = ρL ·

Ginund =

L

-n

⟹ Y = 0,202

-1,553

= 62,35

= 0,855 · 4 = 3,42 cP = 0,00342 kg/m.s

Y·ρG · ρL − ρG 0,202 · 1,185 · 855 − 1,185 = F·µL 0,1 62,35 · 0,003420,1

UNISANTA − OPERAÇÕES UNITÁRIAS III

= 2,406 kg/m2 s (c)

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5. DIÂMETRO DA COLUNA − Método da velocidade de inundação Gproj = 0,45 Ginund = 0,45 · 2,406 = 1,0827 kg/m2 s = 3897,72 kg/m2 h

S=

GB 12200 = = 3,13 m2 ⟹ D = Gproj 3897,72

4S 4 · 3,13 = = 2,0 m (d) π π

D 2000 mm = = 39,4 > 15 ⟹ o tamanho do recheio é adequado (pág 47) d 50,8 mm LB 34790,45 kg 2,205 lb 1 m2 = = 11115,16 × · L'B = S 3,13 1 kg 10,76 ft2 h m2

L'B = 2277,78 lb/h ft > 1500 lb/h ft ⟹ o grau de molhamento é adequado (pág 49) GB 12200 kg G'B = = = 3882,9 S 3,13 h m2 2

2

6. PERDA DE CARGA ATRAVÉS DO ENCHIMENTO − Correlação da Norton Tabela pág 42: anéis de Raschig cerâmicos de 2'' ⟹ F = 65 2

Y = 10,764

Gproj · F · νL 0,1 ρG · ρL − ρG

= 10,764

1,08272 · 65 · 40,1 = 0,93 1,185· 855 − 1,185

Gráfico pág 42: X = 0,1062 e Y = 0,93 ⟹ ∆P = 30 mmCA/m (e) A perda de carga é adequada para um absorvedor com sistema não-espumante (pág 49). 7. NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERÊNCIA − Método da força propulsora média logarítmica

∆YB = YB − YB* = YB − 0,156 XB = 0,010101 − 0,156 · 0,03238 = 0,00505 kmol benz/kmol ar ∆YT = YT − YT* = YT − 0,156 XT = 0,00101 − 0,156 · 0 = 0,00101 kmol benz/kmol ar ∆YB − ∆YT 0,00505 − 0,00101 kmol benz ∆Ym = = = 0,00251 ∆YB 0,00505 kmol ar ln ln ∆YT 0,00101 YB − YT 0,010101 − 0,00101 NUT = = = 3,622 (f) ∆Ym 0,00251

8. ALTURA DE UMA UNIDADE DE TRANSFERÊNCIA − Correlações de Fellinger e Sherwood-Holloway µG =

1,425·10-3 ·303,150,5039 1 + 108,3·303,15-1

= 0,0187 cP 3

3

Tabela Fuller et al. pág 37: var = 20,1 m /kmol e vbenz = 90,8 m /kmol 1·10-3 T1,75 G

=

P var

1/3

1

+

1 Mar

Mbenz + vbenz 1/3

2

0,5

=

1·10-3 ·303,151,75 1/3

1 1 + 78 29 1/3 2

1 · 20,1 + 90,8 3 Tabela Wilke-Chang pág 37: vbenz = 0,015 m /kmol T -12 φ Móleo 0,5 = 1,173·10-12 1·300 L = 1,173·10 µL vbenz 0,6 ScG = ScL =

= 0,09205 cm2 /s

303,15

0,5

0,00342·0,015

0,6

= 2,24·10-5 cm2 /s

0,0187·10-2 = = 1,714 0,001185·0,09205

µG ρG

0,5

G

µL 3,42·10-2 = = 1785,7 ρL L 0,855·2,24·10-5

Tabelas pág 36: anéis de Raschig de 2''; G'B = 3882,9 kg/h m e L'B = 11115,16 kg/h m ⟹ α = 1,24 β = 0,41 γ = 0,45 ϕ = 0,00221 η = 0,22 2

G'B

β

0,5

2

3882,90,41

· 1,7140,5 = 0,727 m 11115,160,45 η L'B 11115,16 0,22 0,5 HL = ϕ · · ScL = 0,00221 · · 1785,70,5 = 0,553 m µL 3,42 LB LB 34790,45 34790,45 = = = = 118,72 kmol/h LM = ML xB Mbenz + 1 − xB Móleo 0,03136·78 + 0,96864·300 293,04

HG = α ·

L'B γ

AUT = HG +

· ScG

= 1,24 ·

m · GM 0,156 · 413,70 HL = 0,727 + ·0,553 = 1,03 m (g) LM 118,72

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9. ALTURA DA COLUNA henchimento = AUT · NUT = 1,03 · 3,622 = 3,73 m h = henchimento + 2 (m) = 3,73 + 2 = 5,73 m (h) 10. TABELA DE BALANÇO MATERIAL G = 409,56 · 29 = 11877,24 kg ar/h L = 115 · 300 = 34500 kg óleo/h mbenz,(2) = mbenz,(1) − mbenz,(4) = 322,76 − 290,45 = 32,31 kg benz/h kg/h Benzeno Ar Óleo Total

1 322,76 11877,24 0 12200

2 32,31 11877,24 0 11909,55

3 0 0 34500 34500

4 290,45 0 34500 34790,45

FIM DO PROJETO

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