Absorvedor de gás

Os absorvedores de gás são usados para remover contaminantes dos fluxos de gás, como o gás de flu de um escapamento. Um absorvedor de gás usa uma coluna geralmente contendo material de embalagem aleatório ou estruturado. Os absorvedores de leito compactado utilizam fluxos de gás e líquido que fluem em contracorrente entre si. O gás contaminante é absorvido pelo fluxo líquido, resultando em redução do contaminante no gás de saída. O processo de absorção depende muito dos parâmetros operacionais, que devem ser estudados para otimizar o processo. Aqui, investigaremos a absorção de dióxido de carbono na água e examinaremos como os parâmetros operacionais afetam a separação e a eficiência do sistema.

Uma unidade de absorção de gás usa o contato com um solvente líquido para remover a substância de uma mistura de gases. A massa é transferida da mistura gasosa para o solvente, com as duas fases próximas do equilíbrio. Em seguida, ocorre a separação da fase líquida gasosa. O balanço geral do material para o absorvedor é mostrado aqui, onde V e L são as taxas de fluxo de vapor e líquido, respectivamente, portanto, o balanço do material do componente absorvido A incorpora a fração molar de A na fase de vapor e líquido. O coeficiente de transferência de massa geral é a taxa na qual a concentração de uma espécie se move de um fluido para o outro. Aqui, KG é o coeficiente geral de transferência de massa, PAG é a pressão parcial do gás que está sendo absorvido, P estrela A é a pressão de equilíbrio da Lei de Henry, A é a área efetiva de transferência de massa, Z é a altura do empacotamento e GS é a taxa de fluxo molar de gás por seção transversal da coluna. A transferência de massa depende dos coeficientes de transferência de massa em cada fase e da quantidade de área interfásica disponível no absorvedor. A Lei de Henry e a Lei de Raoult são aplicadas para calcular as pressões parciais em equilíbrio com as concentrações da fase líquida. No experimento a seguir, um absorvedor de gás de coluna compactada será usado para absorver dióxido de carbono de um fluxo de gás para a água. Os fluxos de gás e água entram na coluna pela parte inferior e superior, respectivamente, permitindo o contrafluxo. A composição do dióxido de carbono na entrada é controlada usando válvulas para dióxido de carbono e ar. Em seguida, a concentração de dióxido de carbono na saída é medida. Agora que discutimos os fundamentos da absorção de gás, vamos dar uma olhada em como operar o aparelho no laboratório.

O equipamento usado nesta demonstração é uma coluna de absorção de gás de contrafluxo compactada. A coluna é embalada com selas berl de 13 mililitros a uma profundidade de leito de 34 centímetros. As válvulas na entrada e saída da coluna permitem que o gás escape, enquanto um espectrômetro infravermelho é usado para medir as pressões parciais de CO2 na fase gasosa. Para iniciar o experimento, ligue o interruptor principal e feche a válvula usada para controlar a quantidade de água na coluna. Abra a válvula de fluxo de ar completamente e abra a válvula de ajuste para pressão da coluna. Defina a taxa de fluxo de ar para o nível desejado. Use um mínimo de 30 litros por minuto e aumente conforme desejado. Defina a pressão da coluna para cerca de 0.5 bar usando a válvula de ajuste para pressão. Em seguida, defina a vazão de dióxido de carbono começando em cerca de quatro litros por minuto e, em seguida, defina a vazão de água, também começando em cerca de quatro litros por minuto. Ajuste o fluxo de água durante todo o experimento para manter um nível de água constante no tanque. Faça uma amostragem e meça a concentração de dióxido de carbono conforme desejado na base, no centro e na cabeça da coluna usando os manômetros em linha. Repita o experimento realizando oito execuções. Use duas taxas de fluxo de gás diferentes, taxas de fluxo de líquido e concentrações de dióxido de carbono, permitindo assim a determinação das variáveis mais importantes no sistema. Certifique-se de permitir que o sistema atinja o estado estacionário sempre que uma taxa de fluxo for alterada.

Agora que demonstramos como realizar a absorção de gás, vamos dar uma olhada nos resultados. Primeiro, calcule as pressões parciais e as pressões parciais de equilíbrio para cada corrida e, em seguida, use as pressões parciais para calcular os coeficientes de transferência de massa. Os valores calculados são mostrados aqui como triângulos, enquanto os valores previstos, mostrados como a linha sólida, surgem do cálculo das linhas de operação e equilíbrio. Os intervalos de confiança para os valores do modelo e o coeficiente médio de transferência de massa foram plotados com linhas tracejadas. Não houve desvio entre os valores previstos e reais, mostrando que a coluna está em estado estacionário com equilíbrio na interface entre as fases líquida e gasosa. Agora, vamos comparar os coeficientes de transferência de massa nas mesmas condições de operação. Os valores teóricos, apresentados como as linhas verde e azul, apresentaram tendências semelhantes aos dados experimentais. Quer a taxa de gás fosse alta ou baixa, o modelo e o experimento se comportam da mesma forma, mostrando que a taxa de fluxo de gás teve pouco ou nenhum efeito sobre o coeficiente de transferência de massa nas faixas examinadas.

Por fim, vamos dar uma olhada em algumas aplicações dessa tecnologia na indústria. Os absorvedores de leito compactado são os equipamentos mais comuns usados para o controle da poluição do ar. Nesses casos, os absorvedores de gás são freqüentemente chamados de depuradores. Os depuradores são usados para remover vapores corrosivos, como ácido sulfúrico, ácido nítrico e ácido clorídrico, de gases industriais e aberturas de fábricas de produtos químicos, refinarias de petróleo e fábricas de papel e celulose. A operação de remoção do gás absorvido do solvente é chamada de decapagem. Os decapantes são frequentemente usados em conjunto com absorvedores para recuperar o gás absorvido e reciclar o solvente líquido. Isso é especialmente importante quando as águas residuais contêm componentes de nitrogênio e fósforo. Essas águas residuais costumavam ser expelidas diretamente para os oceanos, mas isso levou ao crescimento excessivo de algas, chamado eutrofização, que por sua vez danificou gravemente os ecossistemas naturais. Você acabou de assistir à introdução de Jove à absorção de gás.

Agora você deve entender como um absorvedor de gás remove uma impureza de um fluxo de gás, como operar um absorvedor de gás no laboratório e como analisar os dados para entender a separação. Obrigado por assistir!