Absorção em operações unitária

UNIG
2008

1 - Introdução

A absorção de gases é um processo muito utilizado em plantas industriais, principalmente nos processos químicos, seja na preparação da matéria-prima para a transformação de insumos em produtos finais bem como na purificação dos produtos obtidos de tais processos, que consistem na transferência de um componente de uma mistura gasosa para um líquido absorvente devido à solubilidade e à diferença de concentração entre as fases. Além disso, a transferência de massa bem como as reações químicas envolvidas em todas as fases acontecem simultaneamente e são extremamente importantes para a prática dos processos industriais.

O conhecimento dos fenômenos de transferência de massa envolvidos, neste processo, é essencial para a avaliação da capacidade de separação e o cálculo da eficiência de transferência de massa, condições operacionais primordiais para o dimensionamento de equipamentos utilizados neste tipo de operação unitária. Estes equipamentos, definidos como colunas da absorção, incorporam em seu interior dispositivos que visam o aumento da área efetiva de transferência de massa e são descritos na literatura como dispositivos auxiliares de contato líquido-gás. Tais dispositivos, denominados pratos, dependendo da sua característica física e mecânica podem ser perfurados, valvulados ou de campânulas, e apresentam diferentes características operacionais principalmente no que se refere aos fenômenos de transferência e de borbulhamento entre as fases na sua superfície.

A caracterização deste tipo de processo, e a sua grande relevância fenomenológica, leva a sua aplicação ao tratamento de gases presentes em ambientes aéreos que estão sujeitos, face à natureza de atividades de transformação, à presença de fontes geradoras de gases orgânicos e inorgânicos. Estes contaminantes distribuem-se pelo ambiente aéreo, principalmente, pelos mecanismos convectivos e difusivos de transferência de massa associados à quantidade de movimento.

A absorção pode ser um processo puramente físico ou seguido por reações químicas, dependendo do grau de solubilidade do soluto no solvente. A absorção com reação química, foco deste trabalho, tem vasta aplicação industrial, principalmente para a remoção de gases ácidos, misturas inertes e hidrocarbonetos em correntes de ar. Quando utilizada, a reação química aumenta a taxa de absorção e a eficiência de transferência de massa, devido ao incremento da solubilidade decorrente da presença dos reagentes. Além disso, a manipulação dos parâmetros de processo (temperatura, pressão, vazões de alimentação, entre outros) influencia diretamente nas taxas de reação.

As operações de absorção são de emprego generalizado nas indústrias químicas, petroquímicas e de alimentos bem como nos equipamentos do controle de poluição. Na indústria química, a produção de ácidos clorídrico e sulfúrico envolve a absorção de gases em sua fase final e muitos outros processos incluem a absorção em etapas intermediárias. A absorção é utilizada também, para a recuperação dos produtos gasosos de misturas diluídas, como é o caso da lavagem do gás de coque para absorção de amônia (NH3), nele contida, e o de absorção de dióxido de enxofre (SO2) em solventes como mono e dietanolamina. Na indústria de petróleo a absorção de componentes mais pesados, do que o metano, é feita em óleos leves na produção do gás natural. (Gomide, 1988).

Os processos de absorção de NOx são relevantes para a produção de HNO3 utilizado na fabricação de fertilizantes inorgânicos, como o nitrato de amônia. Andrew e Hanson (1961) desenvolveram estudos de processos de absorção de gases nitrosos em água, em colunas com pratos perfurados, e avaliaram a influencia da vazão do gás na taxa de transferência de massa. Similarmente, Dekker et al. (1959) observaram que a fase gasosa proporciona maior resistência à transferência de massa, controlando, desta forma, o processo de absorção.

Suchar e Josi (1994), consideram que os processos de absorção de NOx são complexos por envolverem reações químicas que demandam mecanismos complexos no modelo matemático e envolver estequiometria