Operaes Unitrias III 2014 Exerccios 4a Lista - Absoro

1. Uma garrafa de gua mineral est a 15oC e contem 500 mL de lquido e 20 mL de espao vazio. Na

garrafa existe um total de 4 g de gs carbnico distribudos entre o lquido e o espao vazio (fase gasosa). Qual a quantidade de CO2 no lquido e qual no espao vazio? Qual a presso na garrafa? Dado: Constante de equilbrio a 15

oC, K = 0,925 (g/mL no vazio / g/mL no lquido).

Resposta: massa CO2 no gs = 0,14 g ; massa CO2 no lquido = 3,86 g ; Presso na garrafa = 3,76 atm.

2. Na carbonatao de uma bebida refrigerante, o lquido (gua) na sada do carbonatador est a uma temperatura de 5

oC. A eficincia de carbonatao de 90% (em relao ao que se esperaria da

concentrao do lquido em equilbrio com o gs). O lquido carbonatado ento enviado s enchedeiras. As garrafas a serem usadas tm um volume total interno de 1.000 mL e devero receber 960 mL de refrigerante (medida a 15,6

oC), com um contedo final de CO2 de 3,5 volumes. O contedo final de slidos

solveis no refrigerante deve ser de 9% (massa/massa). Estes slidos so adicionados na forma de um xarope concentrado (60% massa/massa), que j se encontra na garrafa antes dela receber a gua carbonatada. Considere que durante o enchimento, a garrafa e o xarope estejam a 5

oC. As perdas de CO2

(sobretudo o que sai da garrafa no engarrafamento, antes da recravao) so de 6%, calculado sobre o CO2 final da garrafa. a. Qual deve ser a presso no saturador (carbonatador)? b. Qual ser a presso na garrafa (aps recravao) caso ela fosse aquecida a 50

oC durante a

estocagem? Simplificaes: Assuma que o acar no dissolve CO2, e que parte da gua usada para a hidratao da sacarose (na proporo de 6,45 moles gua por mol de sacarose, conforme dados de Schliephake, Zucker, 1963), ou seja, aplique a Lei de Henry apenas para a gua livre disponvel para dissolver CO2.

Assuma que o xarope contenha apenas sacarose. Use dados de densidade de soluo de sacarose disponvel na apostila, no afetada pela presena do CO2. Ignore os possveis efeitos do pH na distribuio do CO2. Despreze a dilatao do vidro da garrafa.

Resposta: Presso no carbonatador 2,8 atm; Presso na garrafa a 50oC 7,8 atm.

3. A concentrao de acetato de hexila (um dos compostos aromticos do caf) no ar a 25oC e em equilbrio

com uma soluo de caf de 1x10-5

g/mL. Tem-se 200 mL de caf que contem 1% em volume de uma frao oleosa de caf e o restante uma soluo aquosa de 12% de slidos. Qual a quantidade de acetato que est na fase oleosa e qual a que est na soluo? Dados: Kar-soluo = 19x10

-3 (g/mL ar / g/mL

soluo); Kleo-soluo = 477 (g/mL leo / g/mL soluo).

Resposta: massa acetato na soluo = 0,104 g ; massa acetato no leo = 0,502 g.

4. No branqueamento (descolorao) de um leo de semente de algodo, mede-se a quantidade de pigmentao por um determinado mtodo analtico expressando o resultado em unidades de cor. O equilbrio entre certa terra ativada (usada como adsorvente) e o leo dado pelo coeficiente de partio K = 110 (unidades de cor/kg de terra)/(unidades de cor/kg de leo). A cor de um leo no tratado de 6 unidades. Qual a razo kg de adsorvente/kg de leo a ser usada para que a cor no leo baixe para 1,5 unidades? Nota: Observe que se trata aqui de equilbrio slido-lquido, no entanto, nesta situao podemos aplicar o mesmo equacionamento dado para equilbrio gs-lquido (visto em absoro) ou lquido-lquido atravs da Lei da Partio (relao de equilbrio linear), considerando soluo diluda.

Resposta: Razo kg de adsorvente/kg de leo = 0,027 kg terra/kg leo.

5. Uma coluna de recheio com 0,6 m de dimetro e 1,2 m de altura, contendo anis de Rachig (cermica) de 50 mm usada para gerar uma soluo com oxignio dissolvido para uma operao de tratamento de efluentes. A coluna pressurizada 5 atm de presso (absoluta) com gs oxignio puro. No h sada de gs, e o gs entra na coluna apenas para manter a presso do oxignio. A gua escoa na coluna continuamente razo de 1,5 kg/s, a temperatura de 25

oC. Assumindo que a gua entrando est livre de

oxignio e desprezando a presena de vapor dgua no gs, pergunta-se qual a concentrao de O2 que se esperaria na gua efluente? Outros dados:

Correlao para o coeficiente de transferncia da massa (Treybal, cap. 6, pg. 204):

onde, kL = [kmol/m2s(kmol/m

3)]

L = [kg gua/m2s]

ds = 0,0725 m (dimetro da esfera de rea superficial igual rea superficial do recheio). G = [kg gs/m

2s]

Para anis de Rachig (Treybal, pg. 205): Pn

50

G

32 LG808

mmma

, ; onde, m = 34,03; n = 0; p = 0,362

Resposta: Conc. O2 = 0,02 g O2 / litro gua (ou XO2 = 0,00011 frao molar).

50

450

OH

s

OHO

sL ScLd

125D

dk

222

,

,

,