Comparação entre modelos de cálculo de volume molar da água e da. amônia no estado líquido

Transcrição

1 omparação ntr modlos d cálculo d olum molar da áua da amônia no stado líquido lquis uci Frnands Doutoranda m nnharia Mcânica UNIAM rofssora d Graduação UNISA blquis@unisal.com.br sumo Dirsos procssos industriais podm sr simulados m computador qu opram como facilitadors tanto na cução d procdimntos quanto na anális d rsultados. sta facilidad i qu s procda a scolha d prssõs para cálculo d propridads das substâncias nolidas. st trabalho nfoca o cálculo comparação d rsultados obtidos com a aplicação d aluns modlos dstinados à stimatia d alors d olums molars d duas substâncias utilizadas m sistmas d rfriração por absorção: a amônia a áua. alaras-cha: olum molar quaçõs cúbicas d stado. Abstract Dirs industrial procsss can b simulatd in computr that oprat in such a way that th cution and th analysis of rsults ar asir. his asinss dmands that if th choic procds from prssions for calculation of proprtis of inold substancs. his work focuss th calculation and comparison of rsults ottn with th

2 application of som modls dstind to th stimat of alus of molar olums of two substancs usd in absorption rfriration systms: ammonia and watr. Ky-words: molar olum cubic stat quations.. Introdução Muitos procssos industriais são simulados m computador para qu s possa tr librdad d ariar condiçõs d opração d quipamntos composição d corrnts ariáis d opração como prssão tmpratura sm qu s tnha qu compromtr quipamntos ou produção. Dntr as condiçõs ncssárias para qu s faça uso dsta frramnta stá a scolha d quaçõs qu dscram a opração do quipamnto principalmnt a slção d quaçõs qu calculm propridads trmodinâmicas d transport das substâncias pois para s alcançar uma anális computacional sistmática d procsso as propridads físicas ou trmodinâmicas dm star disponíis na forma d funçõs analíticas. stas prssõs são as quaçõs d stado. Quando o quipamnto a sr simulado opra com bas na difusão mássica ist uma propridad muito important a s considrar qu é o coficint d difusiidad mássica. st coficint pod sr calculado d dirsas formas dpndndo do tipo d substância d trabalho lando m conta árias d suas caractrísticas como polaridad stado físico forma d intração com outras substâncias prsnts no procsso ntr outras.

3 A propridad a sr dstacada nst trabalho é o olum molar no stado líquido utilizado no cálculo do coficint d difusiidad mássica propridad muito important m problmas d transfrência d massa como é o caso das colunas d dstilação. istm dirsos métodos d cálculo disponíis na litratura aluns dls stão sndo aplicados nst trabalho. As substâncias slcionadas para o cálculo do olum molar na fas líquida são a áua a amônia a mistura dstas qu são fluidos importants m procssos d rfriração por absorção.. quação d stado para componnt puro As quaçõs suridas por Schultz (Schultz 97 são apropriadas para cálculo d propridads da solução áua-amônia qu é um par d trabalho utilizado m sistmas d rfriração. ais sistmas opram a níis d prssão rlatiamnt baios a aplicação d tais prssõs stá rstrita a stas condiçõs. ara qu a faia d aplicação sja ampliada s possa fazr uso dstas quaçõs na simulação d outros quipamntos como a bomba d calor a prssão qu calcula o olum molar d sr modificada para uma forma adimnsional. st procdimnto é dscrito no trabalho d Zilr rpp (Zilr 984 para o cálculo do olum molar d outras propridads. olum molar d uma substância pura na fas líquida é calculado atraés da prssão: ( a a a3 a4 sta prssão é modificada para insrção dos coficints adimnsionais A i a prssão a tmpratura rduzidas ond as propridads com

4 índic infrior rfrm-s a condiçõs d ponto d bulição normal ( = 00K = 0 bar. ara tornar a quação adimnsional o olum molar rduzido é dfinido por A A A A 3 4 omo ist a rlação ntr propridad rduzida propridad ral atraés da quação a substituição na quação antrior rsulta m: A A A A 3 4 omo o olum molar no ponto d bulição normal é dfinido como a quação qu calcula o olum molar d uma substância pura na fas líquida m função das propridads rduzidas srá com m m 3 /kmol: A A A A 3 4 s coficints adimnsionais A i são rfrnts a cada uma das substâncias stão disponíis na bibliorafia (Zilr Volum molar da mistura líquida áua-amônia por Zilr rpp A suint quação d stado para cálculo d olum molar d mistura foi proposta por Shultz modificada por Zilr rpp (Zilr 984 para a fas líquida. ( A nria lir d Gibbs d uma fas é a soma das contribuiçõs dos componnts puros da nria lir idal d mistura da nria lir d csso.

5 ( ( ( ( ln ln 3 N ond é a fração molar da amônia Assim N 3 como 3 ( f f f ntão ortanto o olum molar da mistura na fas líquida srá: N ond N 3 são olums molars dos componnts puros áua amônia é a fração molar da amônia na fas líquida. Na forma adimnsional a quação é ajustada para N ond = 834kJ.mol - K - 4. Uso do fator d comprssibilidad Z olum molar pod sr stimado também atraés d sua rlação com o fator d comprssibilidad Z. A partir da quação d stado proposta por n obinson (n 976 para substâncias puras ou misturas no stado d apor ou líquido: b b b a b (

6 qu pod sr rscrita para a forma cúbica ond Z a A ; b ; Z 834kJ. kmol 3 K 3 Z A 3 Z A 0 com os parâmtros calculados d acordo com as substâncias nolidas a quação cúbica possui uma ou três raízs dpndndo do númro d fass no sistma. Na rião d duas fass a maior raiz é para o fator d comprssibilidad do apor nquanto qu a mnor raiz positia corrspond ao do líquido a intrmdiária não possui sinificado físico. V Z 3 Z V ; m / mol 5. álculo pla quação cúbica m olum utra abordam para o cálculo do olum molar é atraés da quação cúbica m olum rada pla quação d stado d n-obinson-stryjk-vra (SV (Stryjk & Vra 986: b qu tm sua forma m quação cúbica como: ond 3 b a b 3b b b b a( b ab 3 b 0 a

7 b k k k k k Das raízs da quação cúbica o mnor alor é corrspondnt ao olum molar do componnt na fas líquida o maior alor ao olum molar do componnt na fas apor. 6. Método d achtt Uma outra tntatia foi fita com o método d acktt modificado para cálculo d olum molar para substâncias puras como líquidos saturados (id 987: V ZA / 7 Z A sultados s métodos foram cutados com os dados rlatios às condiçõs d pontos normais d bulição da amônia da áua para comparação cálculo do rro rlatio. ponto normal d bulição para a amônia para a áua à prssão d 0 5 a corrspondm às tmpraturas d 3975K 335K rspctiamnt os olums molars rspctios são m 3 /mol m 3 /mol (rry 997. rro rlatio foi calculado atraés da prssão:

8 p rimntal calculado rro 00 primntal s rsultados stão discriminados na suint tabla: (abla no arquio tabla.doc abla omparação ntr métodos 8. onclusão Dntr os rsultados obsrados o modlo ajustado d Zilr rpp aprsntou alors qu mostram boa concordância com os dados primntais nas msmas condiçõs. método qu utiliza fator d comprssibilidad aprsntou rros maiors porqu quaçõs cúbicas não rproduzm propridads trmodinâmicas com prcisão. A prdição d olum molar d líquidos pod sr mlhorada pla introdução d um parâmtro adicional d componnt puro para produzir a translação das isotrmas (Stryjk & Vra 986. msmo tipo d problma s prcb nos cálculos fitos atraés da quação cúbica m olum. método d acktt mbora mais simpls não aprsntou mlhors rsultados qu o da quação cúbica do fator d comprssibilidad. 9. frências biblioráficas ZIG. h. quation of stat for ammonia-watr miturs u Intrnational du Froid.7 n. March 984. Y.. GN D. W. MANY J.. rry s chmical ninrs handbook 7th d. Nw York: McGraw-ill 997. NG D-Y INSN D.. A Nw wo-onstant quation of Stat Ind. n. hm. Fundam. 5 n 976 p

9 ID AUSNIZ J M ING h roprtis of Gass and iquids 4th d. Mc Graw-ill Inc USA 987. SYJK. VA J.. SV:An Improd n-obinson quation of Stat for ur oumpounds and Miturs an. J. hm. nn..64 April 986 p SUZ S. in Fundamntallichun für das Gmisch aus Ammoniak und Wassr und di rchnun on Absorptionskältrmaschinn-rozssn. uhr Unirsität ochum 97.