TRANSFERÊNCIA DE MASSA ENTRE FASES TRANSFERÊNCIA DE MASSA ENTRE FASES

Transcrição

1 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES (Introdução às Oerações de Transferênca de Massa) E 524 scente: Murlo Fontes. Santos ocente: Édler ns de lbuquerque E. QUÍMI TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Eelo: Prearo de café Fonte: htt:// O fenôeno da da do soluto de ua fase a outra caractera a transferênca de assa entre fases. 2

2 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES O que fo estudado até o oento? Transorte do soluto ocorrendo e aenas ua fase. o seo dessa fase até ua dada frontera co outra fase ou no sentdo nverso. relação entre as duas fases ltava-se a ua relação de equlíbro na nterface. 3 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Objetvo do caítulo valar de anera slfcada coo ocorre e coo ode ser feto o transorte do soluto de ua fase ara outra. ada fase aresenta ua resstênca assocada ao ovento do soluto que nuercaente relacona-se co o nverso do coefcente de transferênca de assa. 4 2

3 4/0/206 3 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Equlíbro Terodnâco overna a nterface entre duas fases; elta as regões de transorte. E.: e de Henr Válda ara ssteas dluídos e consequenteente sotércos. H P S S 5 UM REVISÃO SOBRE E S SUS FORMS oefcentes de Transferênca de Massa n Para sturas gasosas adtndo o eo coo u gás deal: Para soluções líqudas: M 6

4 4/0/206 4 oefcentes de Transferênca de Massa e eos estagnados édo B B Bédo B 2 B - - d d - Para sturas gasosas bnáras e eo coo u gás deal: Bédo B sendo: - oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de fração olar. Quando a Força Motr for a ferença de fração olar: 7 oefcentes de Transferênca de Massa e eos estagnados édo B B Bédo B 2 B - - d d - Para sturas gasosas bnáras e eo coo u gás deal: Bédo B sendo: - oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de ressão arcal do soluto. Quando a Força Motr for a ferença de ressão arcal do soluto: 8

5 4/0/206 5 oefcentes de Transferênca de Massa e eos estagnados édo B B 2 B - M d d - Para sturas líqudas bnáras : M Bédo B M M sendo: - oefcente de transferênca de assa da fase líquda qdo. a força otr é a dferença de fração olar do soluto. Quando a Força Motr for a ferença de fração olar: 9 oefcentes de Transferênca de Massa e eos estagnados édo B B 2 B - d d - Para sturas líqudas bnáras : Bédo B sendo: - oefcente de transferênca de assa da fase líquda qdo. a força otr é a dferença de concentração olar do soluto. Quando a Força Motr for a ferença de concentração olar: 0

6 4/0/206 6 oefcentes de Transferênca de Massa e eos co contradfusão equolar B B B B d d - Para sturas gasosas bnáras e eo coo u gás deal: sendo:' - ' B oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de fração olar. Quando a Força Motr for a ferença de fração olar: oefcentes de Transferênca de Massa e eos co contradfusão equolar B B B B d d - Para sturas gasosas bnáras e eo coo u gás deal: sendo:' - ' B ' oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de ressão arcal do soluto. Quando a Força Motr for a ferença de ressão arcal do soluto: 2

7 4/0/206 7 oefcentes de Transferênca de Massa e eos co contradfusão equolar B B B - - M d d - Para sturas líqudas bnáras : M B M M sendo:' - ' ' oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de fração olar. Quando a Força Motr for a ferença de fração olar: 3 oefcentes de Transferênca de Massa e eos co contradfusão equolar Para sturas líqudas bnáras : M B sendo:' - ' ' oefcente de transferênca de assa da fase gasosa qdo. a força otr é a dferença de concentração olar. Quando a Força Motr for a ferença de concentração olar: B B B - - M d d - 4

8 4/0/206 oefcentes de Transferênca de Massa o coarar as abordagens eo estagnado e contradfusão equolar te-se: ' Bédo ; ' Bédo ; ' Bédo ; ' Bédo Quando os eos ode ser consderados dluídos: B édo e B édo. esta condção: ' ; ' ; ' ; ' 5 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Oerações de transferênca de assa onjunto de técncas e de equaentos destnados à searação de u ou as coonentes de ua stura ou solução. Foco do caítulo Técncas de searação baseadas na solublação de u soluto or u agente etrator. Fenoenologa básca Balanços acroscócos (altura efetva da coluna e nº de estágos deas ara ssteas dluídos e sotércos). 6 8

9 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Técncas de searação or solublação E.: orrente de ar contanada co aôna Searar a aôna or absorção através de contato co ua corrente de água senta de aôna. radente de concentração; lta solubldade da aôna e água. Fenoenologa básca da absorção Inforação de coo ocorre o transorte do soluto do seo da fase gasosa até a nterface e desta até o seo da fase líquda. 7 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Técncas de searação or solublação Fase / fase leve: enor densdade. Fase / fase esada: aor densdade. 8 9

10 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Outras técncas de searação Mas utlada no século XX: estlação. Prncío de searação basea-se na vaoração a artr de ua stura de líqudos. gente searador: calor. Udfcação desudfcação e secage. 9 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES onsderações relnares. Suõe-se que as fases estão stuadas e fles estagnados de esessuras ndcadas. 2. Este sturas bnáras (soluto/nerte) e que o soluto é o eso e abas as fases enquanto os nertes são dstntos entre s. bsorção da aôna resente e corrente de ar or água. 20 0

11 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES onsderações relnares Fluo global do soluto na fase leve (gás estagnado) a fase esada (líqudo estagnado) Resstênca esecífca de ua fase ao transorte do soluto P P P P M Fase e Fase e 2 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oo fca a nterface? Equlíbro terodnâco das fases urva de equlíbro ou solubldade 22

12 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oo fca a nterface? onsderando soluções dluídas e oeração sotérca H P 23 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Teora das duas resstêncas Proosta or Wtan e 923 que se baseou na absorção sendo esta governada soente ela dfusão do soluto nas duas fases as quas fora suostas coo fles estagnados. O soluto deve vencer a resstênca ao seu ovento e abas as fases ara que ocorra a searação. 24 2

13 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Teora das duas resstêncas onsdera que a nterface não oferece resstênca ao transorte do soluto. ontnudade do fluo de na frontera entre as fases: Relação entre as resstêncas ndvduas da fase gasosa e líquda e função das forças otres e cada fase. 25 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Teora das duas resstêncas É constante ara qualquer onto Reresentação da relação entre as ao resstêncas longo da ndvduas altura junto do à reta de equlíbro equaento ara soluções dluídas (o. sotérca). Útl ara deternação dos coefcentes ndvduas envolvdos na oeração de searação e u deternado onto do equaento de searação. Precsa conhecer as coosções do soluto na nterface. 26 3

14 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa oo estar os coefcentes de transferênca de assa? Realar eerentos nos quas é estabelecdo oeraconalente que a resstênca oferecda ao transorte do soluto de ua das fases venha a ser desreível e face da outra. Quando sto não é feto: o coefcente obtdo engloba as resstêncas das fases envolvdas no rocesso de searação. 27 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Teora das duas resstêncas 28 4

15 4/0/206 5 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa São defndos ara as fases e : Fração olar de na fase gasosa e equlíbro co a fração olar de no seo da fase líquda. Fração olar de na fase líquda e equlíbro co a fração olar de no seo da fase gasosa. 29 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa Relação entre os coefcentes ndvduas e globas de transferênca de assa referencadas às fases corresondentes. Fase : Fase : global global 30

16 4/0/206 6 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa Fase Fase global global Reresentação da relação entre as resstêncas globas junto à reta de equlíbro. 3 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa Eressão do coefcente global e função dos ndvduas. Soando e dnundo no nuerador e denonador: 32

17 4/0/206 7 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa Eressão do coefcente global e função dos ndvduas. Soando e dnundo no nuerador e denonador: 33 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa SO : Sstea envolvendo u gás altaente solúvel na fase líquda (absorção do H 3 or água). 0 Resstênca da fase gasosa controla o rocesso de transferênca de assa. 34

18 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa SO : Sstea envolvendo u gás altaente solúvel na fase líquda. (Resstênca da fase gasosa controla o rocesso de transferênca de assa). Utla-se torre de sra Fase gasosa: fase contínua Fase líquda: fase dsersa Pequenas gotas roorcona aor área nterfacal de contato. udado: s gotas não deve ser deasadaente equenas os corre rsco de sere arrastadas ela corrente gasosa. 35 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa SO 2: Sstea envolvendo u gás ouco solúvel na fase líquda (e.: absorção de O 2 or água). 0 Resstênca da fase líquda controla o rocesso de transferênca de assa. 36 8

19 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa SO 2: Sstea envolvendo u gás ouco solúvel na fase líquda. (Resstênca da fase líquda controla o rocesso de transferênca de assa). esta stuação utla-se torre de borbulhaento. O fenôeno de transorte de assa se dá na foração e ovento das bolhas. 37 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes globas de transferênca de assa SO 3: Quando as duas fases controla o rocesso de transferênca de assa ou quando se oera co elevadas taas de vaor e relação às de líqudo be coo o nverso. estas stuações utla-se as torres de recheo. onfguração da coluna: eto fo recheado co artculados de foras eculares. lcações: bsorção e dessorção odendo ser alcadas na destlação etratva be coo no caso da etração líqudo-líqudo. 38 9

20 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES lguns tos de recheos randôcos 39 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Recheos estruturados Busca de aor efcênca de searação e enor erda de carga. esenvolvento de novas confgurações de recheos cujas foras vão de lacas erfuradas (recheo Mellaa) às telas etálcas (recheo de Suler BX). Recheos estruturados de alta efcênca

21 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Recheos estruturados de alta efcênca 4 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Recheos estruturados de alta efcênca Suler BX Mallaa 250Y htt:// htt:// 933-TI+Structured+acng+250Y.htl 42 2

22 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Modos de dsosção dos recheos no nteror da coluna Vsa auentar a suerfíce de contato entre as fases que escoa na coluna elevando co sso as taas de transferênca de assa. leatoraente: Recheos randôcos (anel ou sela). Ordenada: Recheos ontados de fora a crar canas referencas ara o escoaento das fases (estruturados). Recheos randôcos cuja ordenação é estruturada (E.: nés de Raschng co ds>75 os quas são elhados sere na vertcal ossbltando aor efcênca de searação e enor erda de carga). 43 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos o atuar sobre o valor da área de contato a resstênca que as fases oferece ao transorte do soluto tabé é alterada orgnando os coefcentes voluétrcos ou de caacdade de transferênca de assa. Para as equações ostradas até o oento os fluos são obtdos ressuondo que se conhece a área onde está havendo o transorte do soluto

23 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos o caso das torres de sra e borbulhaento: as áreas de transorte estão relaconadas às das gotas e das bolhas resectvaente. Para colunas de recheo: fculdade ara far se conhecento eírco a área nterfacal de contato entre as fases rncalente or haver núeros tos de recheos. 45 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos Para consderar o efeto da resença de tas áreas na taa ou no fluo de transferênca de assa ntrodu-se u fator eírco a nas equações de fluo de atéra. Área nterfacal esecífcaara transferênca de assa a Undade de volue da torre 46 23

24 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos Para recheos randôcos: a área nterfacal ara transferênca de assa é dferente da área suerfcal do recheo (a a s ). Para recheos estruturados de alta efcênca: essas áreas são ratcaente equvalentes. 47 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos Processos de absorção físca área nterfacal efetva ara transferênca de assa e recheo randôco é enor que a área olhada do recheo (a w ). e toda área olhada é efetva ara transferênca de assa. Processos de absorção co reação quíca: estas áreas são aroadaente guas

25 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Área olhada do recheo randôco vde-se e duas regões (a grosso odo): Forada elo fle líqudo e ovento que recobre a suerfíce do recheo. Relaconadas às onas estagnadas. Essas regões torna-se radaente saturadas de soluto sendo renovadas lentaente elo líqudo absorvedor faendo co que a contrbução dessas regões estagnadas ao transorte do soluto ara a fase líquda seja nsgnfcante. 49 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES Área nterfacal efetva dvé do ovento rádo do solvente. eralente deende da olhabldade da suerfíce do recheo. E.:eto fo de anés de Raschng de naftaleno. Incalente a área nterfacal efetva ara a transferênca de assa é concdente co a área suerfcal do recheo. Borrfa-se água no leto: Haverá sublação do naftaleno soente a artr das regões secas dos anés (redução da olhabldade redução da área nterfacal efetva)

26 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES orrelações ara estatva da área nterfacal esecífca ara transferênca de assa ( 2 / 3 ). 5 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES orrelações ara estatva dos coefcentes ndvduas de transferênca de assa (gol/( 2 s))

27 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES 2 3 B orrelações ara estatva dos coefcentes ndvduas de transferênca de assa (gol/( 2 s)). 2 B 2 3 B 2 B 53 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES orrelações ara estatva dos coefcentes ndvduas de transferênca de assa. 2 3 B 2 B Melhor odelo ara o escoaento e fase gasosa é o da caada lte já a teora da enetração (ou da renovação de suerfíces) é o que elhor descreve o coefcente ndvdual da fase líquda

28 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos oefcentes voluétrcos (ndvdual ou global) de transferênca de assa = coefcente (ndvdual ou global) de transferênca de assa área nterfacal esecífca de transferênca de assa Para o roblea ncal: a a a a a a a ol Volue. teo 55 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos s relações entre as resstêncas ndvduas e globas são reescrtas coo: Referencado à fase : Referencado à fase : a a a a a a 56 28

29 4/0/206 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES oefcentes voluétrcos de transferênca de assa ara torre de recheos obnando as estatvas de a e ou ara os esos autores obté-se as estatvas dos coefcentes voluétrcos ndvduas. a ossbldade rátca de deternar os coefcentes ndvduas e a área nterfacal esecífca ara transferênca de assa ou na hótese de não se dsor de nforações ara ua stuações artcular sobre esses arâetro. 57 TRSFERÊI E MSS ETRE FSES orrelações ara a estatva de coefcentes voluétrcos ndvduas de transferênca de assa (gol/( 3 s)) 58 29