Avaliação hidrodinâmica e transferência de massa em uma coluna de absorção recheada para o sistema acetona-água - Lima, João Carlos Ferreira (2020)
O presente estudo relaciona dados hidrodinâmicos e análise do comportamento de transferência de massa em uma coluna de absorção gasosa com recheio do tipo anéis de Raschig de vidro. A hidrodinâmica de coluna recheada é entendida como todo comportamento do escoamento das fases no seu interior, tendo as diversas variedades de vazões das fases, velocidade de agitação e até mesmo da geometria do sistema. Dessa forma, o intuito foi estudar a aplicação de coluna de absorção para o tratamento de gases, como compostos orgânicos voláteis, descrevendo as perdas de carga e definições de parâmetros para esta aplicação. No conjunto experimental inicial, as análises foram feitas por um sistema líquido-gás (água-ar), utilizando a correlações com base na literatura para o teste em leito seco, e para o leito molhado a exemplo do método de Prahl (1970), onde foram testados 5 valores de vazão de água na faixa entre 0,72 L/min a 1,41 L/min, enquanto que as vazões de ar, desta etapa, teve como base as mesmas que tinham sido utilizadas nos testes com leito seco, totalizando 45 experimentos. Finalizado o procedimento hidrodinâmico, foi iniciado o processo de transferência de massa, sendo possível encontrar regiões experimentais, a partir da metodologia de superfície de resposta (MSR), utilizado para avaliar os fatores que influenciam na variável resposta da concentração de acetona em água. Para esse segundo grupo experimental, relacionado com transferência de massa, utilizou-se um planejamento estatístico fracionado com mais três repetições no ponto central (PC), totalizando 19 experimentos, contando como parâmetro a vazão da fase leve (Qd), a vazão da fase pesada (Qc), temperatura (T) e tempo (t), consideradas variáveis independentes. Com a hidrodinâmica realizada, foram determinadas as condições operacionais ótimas para o sistema, como vazões de entrada da fase líquida e gasosa, e perdas de carga. Três regiões de operação foram encontradas, bem como o ponto crítico de operação, onde ocorre a estabilização da diferença de pressão na coluna. Obtido também o ponto de inundação e o ponto de carga situados entre 3,0 e 4,0 L/min das vazões molares de ar. Por fim, um modelo empírico foi desenvolvido com o intuito de correlacionar a queda de pressão da coluna com os parâmetros operacionais. Com esse modelo, percebeu-se uma diminuição média dos erros de 15%, quando feito comparação de resultados pelo método de Prahl (1970) utilizado. Após o procedimento de transferência de massa, e a realização do planejamento experimental, a MSR trouxe informações fundamentais que ajudaram no entendimento do processo de absorção, como exemplo do perfil significativo da interação das variáveis Qd e Qc, apresentando um salto maior, em comparação às outras combinações.Com a MSR estudada foi desenvolvida duas outras equações empíricas, agora objetivada para encontrar valores de concentração de acetona em água e taxa de remoção de acetona. Dessa forma, compilar as informações obtidas pelo estudo hidrodinâmico juntamente com os dados obtidos na transferência de massa, serviu como base de dados comportamental para a coluna, sendo possível assim o desenvolvimento de duas novas equações empíricas, bem como comprovar a eficácia dos métodos de análises expostos na literatura com base na comparação de resultados. Esse estudo trouxe uma oportunidade de continuidade ao projeto de tratamento de gases, como previsto no projeto geral da pesquisa.