Relatório de absorção

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UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS

Bruna Seguenka

Aula prática de absorção

Passo Fundo
2011
1. INTRODUÇÃO

A absorção é um fenômeno físico ou químico que 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. Trata-se de uma operação unitária e está limitada as restrições termodinâmicas assim como a destilação, sendo imprescindível o conhecimento em termodinâmica para se projetar ou operar uma coluna de absorção, figura 1.

Figura 1 Coluna de absorção1a) entrada de CO2; 1b) entrada de H2O; 2) saída; 3) coluna de absorção; 4) enchimento

Considere um soluto na forma de vapor, a amônia, misturado com um gás considerado inerte, o 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 sejalançada 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, a água. A remoção dá-se através da solubilidade da amônia na água, pois a água é um ótimo solvente para a amônia, é barata, não é tóxica, não é tão volátil, não é corrosiva, não é viscosa, nem inflamável e é quimicamenteestável.
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.
Uma instalação típica está mostrada na Figura 2. Nesteesquema, 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 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 bomcontato 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 2 Esquema de uma coluna de absorção

A razão pela qual o soluto sai do gás e passa para a fase líqüida é a existênciade uma diferença 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, nãocontendo 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.
Pelo balanço de massa de soluto, sabemos que:
 
[sai] - [entra] + [acúmulo] = [produção]
Como se trata de regime permanente, não há acúmulo. Como se trata de uma absorção física (sem reaçãoquímica), não há produção. Então, a vazão de soluto que entra no volume de controle deve ser igual à que sai do mesmo. Com isso, o balanço de massa fica:

y G + x1 L1 = x L + y1 G1

onde y e x são respectivamente as frações mássicas de soluto no gás e no líqüido numa seção genérica, y1 e x1 s são respectivamente as frações mássicas de soluto no gás e no líqüido na seção do topo.
Isolando y...
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