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Modelagem da adsorcao de compostos organicos volateis sobre nanotubos de carbono cup-stacked usando o modelo da forca motriz linear.

Introducao

Os compostos organicos volateis (ou simplesmente COV) sao importante classe de poluentes do ar, uma vez que incluem a maioria dos gases emitidos em industrias (como as de processamento de petroleo) e fontes moveis (emissao veicular), principalmente como resultado da queima de combustiveis fosseis. A adsorcao tem sido uma tecnologia bastante empregada no tratamento de compostos dessa natureza, tanto na area industrial quanto na ambiental (como tecnica de concentracao de amostras gasosas). Pelas suas propriedades, a adsorcao possibilita recuperar o adsorbato (mesmo em baixas concentracoes) com custo relativamente baixo (BANKHEDDA et al., 2000). Neste caso, os adsorventes carbonados estao entre as melhores opcoes, principalmente pelas suas propriedades hidrofobicas, baixo custo, disponibilidade e alta area superficial especifica (LILLO-RODENAS et al., 2005; SCHIRMER, 2007). Neste sentido, nanotubos a base de carbono (NTC) tambem vem sendo bem aceitos entre os materiais nanoestruturados por apresentar elevado potencial de aplicacao em varios campos de Engenharia, principalmente por suas propriedades eletronicas e fisicas (KIM et al., 2002). Mesmo ja havendo sido desenvolvidos diferentes metodos de sintese, os nanotubos resultantes ainda apresentam, como caracteristica comum, custo de producao bastante elevado, o que acaba inviabilizando sua aplicacao pratica. Para tentar superar este inconveniente, novas estruturas de NTC (alem do single e multi-wall, as duas variedades mais comuns) vem sendo sintetizadas; uma delas e o nanotubo de carbono cup-stacked (abreviado CSCNT, em ingles). Estruturalmente, os CSCNT constam de multiplas camadas de grafeno arranjadas em forma de cone (como sugere o nome, como uma 'taca') (KIM et al., 2002; MORAES et al., 2006).

Uma possivel forma de otimizar a eficiencia de adsorventes convencionais e pelo reforco destes materiais com o cup-stacked. Essa associacao, segundo Choi et al. (2005) e Schirmer (2007), agrega propriedades ao adsorvente suporte resultando tanto na melhoria de sua performance adsortiva quanto em reducao de custo, uma vez que o nanotubo e sintetizado a partir de um material menos oneroso.

Para muitos estudos de adsorcao, o modelo da Forca Motriz Linear (LDF) e o mais comumente usado (CHUANG et al., 2003; OTERO et al., 2004; RODRIGUES; DIAS, 2004; SOARES et al., 2005). Em leitos empacotados (fixos), a dispersao axial tende a predominar e a transferencia de massa do gas para o solido pode ser representada pela expressao do modelo LDF (linear driving force - forca motriz linear), por meio do seguinte balanco de massa global em torno da coluna (Equacao 1):

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (1)

em que:

[D.sub.ax] e o coeficiente de dispersao axial;

v a velocidade intersticial axial;

[epsilon] a porosidade do leito.

O coeficiente de dispersao axial ([D.sub.ax]) da Equacao (1) pode ser determinado a partir da correlacao sugerida para dispersao em leitos de adsorcao:

[D.sub.ax] = [[gamma].sub.1 x [D.sub.m] + [[gamma].sub.2] [d.sub.p] v (2)

em que:

[D.sub.m] - coeficiente de difusao molecular ([cm.sup.2] [s.sup.-1]); [[gamma].sub.1] e [[gamma].sub.2] - constantes para o calculo do [D.sub.ax]: [[gamma].sub.1] = 0,45 + 0,55.[epsilon] e [[gamma].sub.2] = [0,5.sup.1].

A Equacao (1) pode ser ainda adimensionalizada (com x = z [L.sup.-1]), chegando-se a:

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (3)

em que:

[tau] e o tempo espacial (L [v.sup.-1]) e Pe, o numero de Peclet (PE = v L [D.sub.ax.sup.-1]) (SOARES, 2003; SOARES et al., 2005).

A taxa de transferencia de massa ([derivada parcial] [bara.q] [derivada parcial][t.sup.-1]) da Equacao (1) pode ser definida em termos do coeficiente de transferencia de massa no interior da particula ([K.sub.S]), de acordo com o modelo LDF, conforme a Equacao (4).

d[bara.q]/dt = [K.sub.S] x ([q.sup.*] - [bara.q]) (4)

em que:

[q.sup.[??]] e [bara.q] sao, respectivamente, as concentracoes de adsorbato no equilibrio e media na fase adsorvida.

O modelo LDF pressupoe que a transferencia de massa tem comportamento linear ao longo do leito; considera ainda um valor medio de soluto adsorvido no solido. Esse modelo apresenta melhor aproximacao quando se tem forte influencia da transferencia de massa intraparticular. Quando a difusao intraparticular controla a cinetica de adsorcao, as curvas de saturacao mostram grande evolucao no inicio do processo (para tempos curtos), mas o equilibrio e atingido com baixa velocidade de adsorcao (SOARES, 2003).

A Equacao (4) pode tambem ser expressa em funcao do coeficiente de transferencia de massa no filme ([K.sub.F]):

d[bara.q]/dt [K.sub.F].a.([q.sup.*] -[bara.q]) (5)

em que:

'a' e a area superficial externa do adsorbato por unidade de volume ([cm.sup.-1]). O coeficiente [K.sub.F] esta relacionado a resistencia a transferencia de massa no filme externo, sendo inversamente proporcional a espessura da camada estagnada (de espessura [delta]) que circunda a particula adsorvente; diretamente proporcional a difusao [D.sub.m] do adsorbato por meio dessa camada (FOGLER, 2002). Neste caso, [K.sub.F] pode ser obtido a partir da correlacao de Frossling, dada pela Equacao (6):

Sh = 2 + 0,6.[Re.sup.1/2].[Sc.sup.1/3] (=[K.sub.F] x [d.sub.p]/[D.sub.m]) (6)

em que:

[d.sub.p] - diametro da particula adsorvente, (cm);

Re - numero de Reynolds [Re = ([d.sub.p] v) [v.sup.-1], sendo v a viscosidade cinematica da mistura gasosa, (cs = [cm.sup.2] [s.sup.-1])];

Sh - numero de Sherwood;

Sc - numero de Schmidt (Sc = v [D.sub.m.sup.-1]) (RUTHVEN, 1984; RODRIGUES; DIAS, 1998; FOGLER, 2002; SOARES, 2003; SOARES et al., 2005).

Uma das correlacoes mais utilizadas para estimar o coeficiente de difusao molecular (nos macroporos) foi proposta por Chapman e Enskog, expressa pela Equacao (7):

[D.sub.m] = 1,858 x [10.sup.-3] x [T.sup.3/2]/P x [[sigma].sup.2.sub.i] x [[OMEGA].sub.D] x [(1/[M.sub.A] + 1/[M.sub.B]).sup.1/2] (7)

em que:

[M.sub.i] sao as massas moleculares das especies quimicas em fase gasosa (g [gmol.sup.-1]);

P e T sao, respectivamente, a pressao e a temperatura do sistema gasoso (contendo o adsorbato);

[[sigma].sub.i] e o diametro de colisao do potencial de Lennard-Jones da especie quimica i (que difere de seu diametro molecular ou atomico);

[[OMEGA].sub.D] e a integral de colisao, parametro que expressa a dependencia do diametro de colisao com a temperatura (CREMASCO, 2002).

Como alternativa aos adsorventes comercialmente disponiveis, o presente trabalho avaliou a eficiencia de materiais nanoestruturados suportados em adsorventes tradicionais (composito formado por Carbotrap mais CSCNT) na remocao de dois dos compostos organicos volateis mais abundantemente emitidos em efluentes gasosos industriais: tolueno e fenol. Alem disso, os parametros cineticos em torno dos leitos fixos trabalhados foram obtidos para a modelagem do sistema (LDF), tendo seus valores teoricos ajustados aos experimentais.

Material e metodos

Trabalhou-se com dois adsorventes:

a) Carvao ativado (CA) - Carbotrap[R]: adsorvente fornecido pela Supelco, foi usado como parametro de referencia na avaliacao do desempenho do composito. Pode ser usado para amostrar ampla faixa de COV, incluindo fenois, alcoois, aldeidos e aromaticos etc;

b) Composito (Carbotrap + CSCNT): cuja capacidade de retencao de COV em corrente gasosa foi avaliada. O composito utilizado neste trabalho foi do tipo cup-stacked impregnado sobre o Carbotrap. Foi sintetizado (por deposicao quimica de vapor) pelo Departamento de Quimica da Faculdade de Filosofia, Ciencias e Letras de Ribeirao Preto (FFCLRP), utilizando o Carbotrap como suporte, a fim de que ambos os adsorventes tivessem caracteristicas fisicas semelhantes (principalmente granulometria).

As Tabelas 1, 2 e 3 apresentam, respectivamente, as principais propriedades fisico-quimicas do Carbotrap, do composito e de seus respectivos leitos considerados neste trabalho.

Como adsorvedores (leitos adsorventes), foram utilizados tubos (cartuchos) tipicamente utilizados em analises empregando CG/EM (cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa). Cada tubo foi preenchido com 400 mg de cada adsorvente. Nota-se que foram utilizados seis leitos (cartuchos), tres para o Carbotrap (1, 2 e 3C) e outros tres para o composito (1, 2 e 3N), de modo a conferir maior rapidez ao processo de determinacao das curvas experimentais.

O sistema de analise utilizado foi um dessorvedor termico automatico (DTA, modelo TurboMatrix), acoplado em serie com um cromatografo gasoso (CG, modelo AutoSystem XL) e um espectrometro de massa (EM, modelo TurboMass), todos da marca Perkin Elmer. Os parametros do dessorvedor termico automatico sao apresentados na Tabela 4.

A coluna cromatografica teve a seguinte especificacao: capilar apolar com filme liquido PE 5MS (5% fenil-metilpolisiloxano), com 30 m de comprimento, 0,25 mm de diametro externo e 0,25 Lim de espessura de filme. A rampa de aquecimento do forno do cromatografo nas analises da mistura teve a seguinte programacao: temperatura inicial de 90 [grados]C, imediatamente aquecido a uma taxa de 15,0 [grados]C [min.sup.-1] ate 150 [grados]C (tempo total = 4 min.). O gas de arraste (fase movel) utilizado nesta etapa e o mesmo (He) usado na etapa de condicionamento (limpeza) dos tubos adsorventes.

No caso do espectrometro de massa, os parametros utilizados na deteccao dos compostos foram: mass range (m [z.sup.-1]): 30-300 (modo full scan - varredura completa dos compostos); tempo de aquisicao: 4 min.

Os adsorbatos utilizados nesse caso foram o fenol e o tolueno, escolhidos em funcao de sua abundancia na atmosfera urbana e nos processos industriais. Esses dois compostos foram trabalhados individualmente, cada um em triplicata. Foram preparadas quatro concentracoes (atmosferaspadrao) para cada composto (1, 5, 20 e 35 ppm), todas em sacos de Tedlar[R], a temperatura ambiente de 25 [grados]C. A variacao da concentracao e importante para a obtencao dos pares ordenados (q, C) a serem utilizados na construcao das isotermas de adsorcao da mistura gasosa.

Antes do inicio das amostragens (com os dois analitos), procedeu-se a limpeza (condicionamento) dos cartuchos adsorventes, nas seguintes condicoes (ajustadas no dessorvedor - DTA): tempo de dessorcao: 15 min.; temperatura de dessorcao (no tubo): 330 [grados]C; fluxo do gas Helio (dessorcao): 100 mL [min..sup.-1].

Todas as amostras ocorreram em triplicata, e a succao do ar a partir do saco (com a mistura ar + analito) deu-se por meio de uma bomba eletrica (marca SKC, modelo 224-PCXR8). O fluxo de ar regulado na bomba foi constante e igual a 120 [cm.sup.3] [min..sup.-1]. Seguiu-se este procedimento revezando os tres cartuchos (de cada adsorvente) e sempre acrescendo 10 min. (ou multiplos de 10) a tomada imediatamente anterior, ate que se verificasse saturacao dos leitos (ponto de equilibrio, ou seja, mesmo com o aumento do tempo, a massa retida no cartucho permanece constante). Esse procedimento caracteriza o metodo da amostragem ativa (ou, ainda, adsorcao dinamica), que consiste na passagem dos compostos pelos cartuchos adsorventes mediante bombeamento do ar (do interior do saco). A metodologia aqui aplicada teve como principio o metodo de amostragem de COV proposto pela Usepa (1999), no Metodo TO-17 (Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling Onto Sorbent Tubes), que padroniza a metodologia de amostragens gasosas sobre cartuchos adsorventes (tal como realizado neste trabalho).

A quantidade maxima adsorvida (q) corresponde a massa total adsorvida no solido, dada pela Equacao (8):

q = [m.sub.adsorvente]/[m.sub.adsorvente] (8)

em que:

'q' representa a capacidade de adsorcao do adsorvente. Assim, a partir dos valores de q obtidos em cada experimento, em diferentes condicoes de concentracao, foram obtidas as isotermas de adsorcao. Neste trabalho, os resultados experimentais foram correlacionados utilizando o modelo de Langmuir, pelo fato de este modelo apresentar boa aproximacao para a adsorcao de gases em solidos (YUN et al., 1999; BANKHEDDA et al., 2000; GABAI, 2000; XIU; LI, 2000).

A Equacao (1), sujeita as correlacoes (2) a (7), foi resolvida usando o programa desenvolvido por Soares (2003) em linguagem Fortran (versao PowerStation 4.0), baseado no metodo de colocacao ortogonal em elementos finitos para resolucao de equacoes diferenciais parciais, utilizando o pacote computacional PDECOL (MADSEN; SINCOVEC, 1979). Para tanto, o programa considerou as seguintes condicoes iniciais e de contorno (RUTHVEN, 1984; SOARES, 2003):

[theta] = 0; [bara.q] = 0; C = 0 (condicao inicial)

x = 0; - 1/Pe x [derivada parcial]C/[derivada parcial]x + C = [C.sub.o]; [bara.q] = 0 (1a condicao de contorno) (9)

x = 1; - [derivada parcial]C/[derivada parcial]x = 0; [derivada parcial][bara.q]/[derivada parcial]x = 0 (2a condicao de contorno)

Resultados e discussao

A partir das isotermas dos quatro sistemas trabalhados (Carbotrap-tolueno, Carbotrap-fenol, composito-tolueno e composito-fenol), obtiveram-se os parametros do modelo de Langmuir (por ajustes lineares) para estas quatro combinacoes (Tabela 5).

Pela Tabela 5, nota-se que o composito e capaz de reter, em media, 67% de adsorbato a mais que o Carbotrap (para tolueno e fenol). Os valores de [q.sub.m] encontrados indicam nao haver interacao diferenciada dos adsorbatos com as superficies adsorventes, uma vez que os valores foram praticamente os mesmos (para tolueno e fenol) em se tratando do mesmo adsorvente. O melhor desempenho do composito deve-se, muito provavelmente, a sua forma estrutural tronco-piramidal (Figura 1), com sitios de adsorcao em suas superficies interna e externa. Estudos similares (2) a este revelaram, de fato, que o formato tubular do nanotubo com as duas extremidades abertas (open-ended) facilitou o acesso do adsorbato aos sitios internos (do lado interior do tubo), todos dotados de elevada energia de ligacao.

[FIGURA 1 OMITIR]

Para obtencao das curvas teoricas massaxtempo pelo modelo cinetico proposto, alguns parametros requisitados por este modelo (calculados analiticamente) tiveram que ser previamente determinados (apresentados na Tabela 6 para fenol e tolueno), tendo por base as Equacoes (2) a (7) e seus parametros relacionados (integral de colisao, numero de Peclet, diametro de colisao do potencial de Lennard-Jones, massas moleculares das especies i da mistura gasosa, pressao e temperatura do sistema gasoso etc.).

O valor do coeficiente de difusao molecular ([D.sub.m]) foi obtido diretamente da literatura, a 298 K e 1 atm (CREMASCO, 2002; WELTY et al., 1984). A Tabela 7 apresenta os demais parametros aplicados no modelo para obtencao das curvas massaxtempo teoricas para fenol e tolueno.

Por nao se dispor dos valores de porosidade do adsorvente ([[epsilon].sub.p]) no momento da simulacao, os valores de [K.sub.S] foram obtidos diretamente do ajuste numerico do modelo aos dados experimentais obtidos (os valores de [K.sub.S] foram refinados ate que se obtivesse o melhor ajuste possivel das curvas teoricas aos dados experimentais). Os valores dos parametros tabelados ja estao nas unidades (de massa, volume, temperatura e comprimento) requisitadas pelo programa (dados de entrada).

A partir dos dados da Tabela 7 e dos valores de KS, foram determinadas as curvas teoricas (simuladas, fornecidas pelo programa em Fortran) ajustadas as curvas experimentais (3), aqui mostradas nas Figuras 2 a 5, que relacionam as capacidades de adsorcao de cada adsorbato sobre cada adsorvente.

[FIGURA 2 OMITIR]

[FIGURA 3 OMITIR]

[FIGURA 4 OMITIR]

[FIGURA 5 OMITIR]

Pela analise das Figuras 2 a 5, nota-se que as curvas obtidas nas simulacoes se ajustaram bem aos dados experimentais, validando o modelo teorico proposto. Pode-se observar ainda que, pelo menos para as condicoes experimentais propostas, as contribuicoes por meio da transferencia de massa no filme gasoso e difusao superficial foram muito pequenas. Mesmo sendo desconsideradas na simulacao (por motivos de simplificacao matematica, conforme parametros da Tabela 7), foi conseguida uma boa adequacao das curvas teoricas aos pontos experimentais. Em compensacao, verificou-se forte influencia da difusao de massa intraparticular, uma vez que pequenas variacoes no seu coeficiente implicavam grandes distorcoes das curvas simuladas. De fato, conforme ja comentado anteriormente, o modelo aqui aplicado (da forca motriz linear - LDF) apresenta a taxa ([derivada parcial]q [derivada parcial][t.sup.-1]) como funcao da transferencia de massa para o interior da particula (aqui representada pelo seu coeficiente [K.sub.S]). Assim, quanto maior a influencia da transferencia intraparticular, melhor a aproximacao do modelo aos resultados experimentais.

Com o objetivo de ratificar a predominancia da transferencia de massa intraparticular, as vazoes foram variadas dentro do intervalo previsto pela TO-17, que sugere valores entre 20 e 200 mL [min..sup.-1]. Desta forma, os valores adicionais trabalhados nesta etapa, de 60 e 180 mL [min..sup.-1], tiveram seus resultados comparados aqueles obtidos com a vazao inicialmente adotada (120 mL [min..sup.-1]). Os testes ocorreram a concentracao de 35 ppm (de fenol e tolueno), sendo mantidos todos os demais parametros de amostragem e analise. As variacoes nos valores de vazao obviamente alteram as velocidades superficiais axiais (u) e, consequentemente, todos os demais parametros relacionados como, por exemplo, os numeros de Reynolds e Sherwood e o coeficiente de transferencia de massa no filme ([K.sub.F]). A Tabela 8 apresenta os valores da Tabela 6 recalculados em funcao da alteracao dos valores de vazao para os sistemas adsorvente-fenol e adsorvente-tolueno.

O fato de o coeficiente de transferencia de massa no filme aumentar com a elevacao da vazao esta de acordo com o verificado na literatura (SOARES et al., 2005). Neste caso, toda a resistencia a transferencia de massa externa se deve ao filme estagnado (de espessura 5) que circunda a particula adsorvente. A medida que a vazao no leito aumenta, a resistencia a transferencia de massa diminui, com consequente diminuicao da espessura do filme pelo arraste do fluido gasoso. Essa reducao do filme facilita a migracao do adsorbato (pela menor resistencia) do volume gasoso (bulk) a superficie do adsorvente, resultando em valores de [K.sub.F] mais elevados. Entretanto, a variacao do [K.sub.F] foi muito pequena, considerando-se o grande intervalo de vazao trabalhado (a vazao precisou aumentar 200% para se verificar um acrescimo de apenas 34% no fluxo molar volume [flecha diestra] superficie). Isto implica que o processo de adsorcao, neste caso, nao e controlado pela resistencia externa (no filme), ratificando, assim, o que ja fora descrito no item anterior (forte influencia da difusao intraparticular).

Conclusao

Com relacao ao desempenho dos adsorventes, o composito obteve clara vantagem na adsorcao dos dois adsorbatos (fenol e tolueno), independentemente da concentracao trabalhada; os valores das capacidades de saturacao do adsorvente ([q.sub.m]) (4) para o composito foram, em media, 67% superiores aos do Carbotrap. Alem disso, nao foram verificadas interacoes diferenciadas na adsorcao desses dois compostos, tanto para composito quanto para Carbotrap, apesar do comportamento quimico diferenciado entre essas duas moleculas [os valores das capacidades de adsorcao e saturacao do adsorvente ([q.sub.m]) foram praticamente os mesmos, em se tratando do mesmo adsorvente].

No ajuste das curvas teoricas as experimentais, as curvas obtidas a partir dessas simulacoes se ajustaram relativamente bem aos dados obtidos experimentalmente, validando o modelo teorico proposto. Os resultados demonstraram que, para as condicoes experimentais propostas, as contribuicoes pela transferencia de massa no filme externo e pela difusao superficial foram muito pequenas.

Variacoes de vazoes ao longo do leito ratificaram que, de fato, neste caso, o processo de adsorcao nao e controlado pela resistencia externa (no filme). Em compensacao, foi verificada forte influencia da difusao de massa intraparticular, uma vez que pequenas variacoes no seu coeficiente implicavam grandes distorcoes das curvas simuladas.

DOI: 10.4025/actascitechnol.v32i2.4817

Referencias

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Received on August 25, 2008.

Accepted on November 12, 2008.

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(1) Conforme Ruthven (1984) e Soares (2003).

(2) Moraes et al (2006), Li et al. (2004) e Okuno et al. (2004).

(3) Pontos: resultados experimentais; Linhas: curvas teoricas (simuladas).

(4) Obtidos a partir dos parametros de Langmuir (isotermas).

Waldir Nagel Schirmer [1] *, Henrique de Melo Lisboa [2], Regina de Fatima Peralta Muniz Moreira [2] e Jose Mauricio Rosolen [3]

[1] Departamento de Engenharia Ambiental, Universidade Estadual do Centro-Oeste, Rod. PR 153, Km 7, 84500-000, Riozinho, Irati, Parana, Brasil. [2] Universidade Federal de Santa Catarina, Florianopolis, Santa Catarina, Brasil. [3] Universidade de Sao Paulo, Ribeirao Preto, Sao Paulo, Brasil. * Autor para correspondencia. E-mail: wanasch@yahoo.com.br
Tabela 1. Propriedades fisico-quimicas dos dois adsorventes
utilizados.

                                          Carbotrap    NTC

Area superficial ([m.sup.2] [g.sup.-1])      319       153
Tamanho medio das particulas (mesh)         20/40     20/40
Diametro medio da particula (mm)            1-1,5     1-1,5
Volume de poros (total, mL [g.sup.-1])      0,58       N/D
Densidade verdadeira (g [mL.sup.-1])        0,36       N/D
Densidade aparente (g [mL.sup.-1])          0,30       N/D
Composicao de carbono (%)                   99,9      99,9
Hidrofobico                                  Sim       Sim

Tabela 2. Propriedades dos leitos com Carbotrap.

Propriedade                        Leito 1C   Leito 2C   Leito 3C

Diametro ([D.sub.L]) [mm]            5,0        5,0        5,0
Comprimento ([L.sub.L]) * [mm]        51         52         52
Volume ([V.sub.L]) [[cm.sup.3]]      1,00       1,02       1,02
Massa do adsorvente (ML) [g]         0,4        0,4        0,4
Densid. empacot. ([[rho].sub.L])
  [g [cm.sup.-3]]                   0,399      0,392      0,392

* Comprimentos medidos experimentalmente em cada tubo adsorvente.
As diferencas de valores devem-se as diferentes compactacoes dos
leitos.

Tabela 3. Propriedades dos leitos com composito.

Propriedade                           Leito 1N   Leito 2N   Leito 3N

Diametro (DL) [mm]                      5,0        5,0        5,0
Comprimento ([L.sub.L]) [mm]             52         52         53
Volume ([V.sub.L]) [[cm.sup.3]]         1,02       1,02       1,04
Massa do adsorvente ([M.sub.L]) [g]     0,4        0,4        0,4
Densid. empacot. ([[rho].sub.L])
  [g [cm.sup.-3]]                      0,392      0,392      0,384

Tabela 4. Parametros do metodo utilizado para o DTA.

Temperatura                       Tempo              Pneumatica
([grados]C)                      (min.)          (mL [min..sup.-1])

Valvula                  200   Dessorcao   10     Dessorb       100
Tubo                     330   Trap hold   5    Inlet split     80
Trap High                250     Purga     1    Outlet split    75
Trap Low                 -30     Ciclo     7    Fluxo coluna   1,33
Linha de transferencia   260                       Coluna      5 psi

Modo de operacao do DTA:      2-stg Desorb

Velocidade de aquecimento:    40[grados]C [min..sup.-1]

Tabela 5. Parametros de Langmuir (capacidade de saturacao do
adsorvente--[q.sub.m]--e constante do modelo--b) do Carbotrap e
composito para fenol e tolueno.

                            [q.sub.m]         b ([m.sup.3]
Adsorvente   Adsorbato   (mg [g.sup.-1])   [micro][g.sup.-1])

Carbotrap     Tolueno         1,70          2,1 [10.sup.-2]
               Fenol          1,65          3,0 [10.sup.-2]
Composito     Tolueno         2,82          1,8 [10.sup.-2]
               Fenol          2,79          1,7 [10.sup.-2]

Tabela 6. Parametros cineticos de adsorcao sobre Carbotrap e
composito para fenol e tolueno.

Parametro                             Fenol             Tolueno

Porosidade do leito (1),
  [epsilon]                           0,345              0,345
Numero de Reynolds (2), Re             13,2               13,2
Diametro de colisao,
  [[sigma].sub.1]
  [angstro] (3)                        4,51                --
Integral de colisao,
  [[OMEGA].sub.D] (3)                 1,214                --
Difusao molecular, [D.sub.m]
  [[cm.sup.2] [s.sup.-1]]        8,21.[10.sup.-2]   8,44.[10.sup.-2]
Dispersao axial, [D.sub.ax]
  [[cm.sup.2] [s.sup.-1]]        5,65.[10.sup.-2]   5,80.[10.sup.-2]
Numero de Peclet, Pe                   1,17               1,14
Numero de Schmidt, Sc                  1,60               1,56
Numero de Sherwood, Sh                 4,55               4,53
Coefic. transferencia de massa
  no filme, [K.sub.F]
  [[cm.sup.2] [s.sup.-1]               6,22               6,37

(1) Porosidade determinada a partir do diametro da particula
([D.sub.p]), do leito ([D.sub.L]) e do grafico 'Efeito do
diametro do leito sobre a porosidade' na linha correspondente a
esferas lisas nao-uniformes (GOMIDE, 1983); (2) Para o calculo
dos numeros de Reynolds e Peclet, foi considerado que a
viscosidade cinematica do fluido neste caso e a do proprio ar
(13,2 cs), em funcao das baixas concentracoes trabalhadas; (3) Os
valores das difusividades para o sistema ar-tolueno foram obtidos
diretamente a partir da literatura, nao sendo necessario
determina-los a partir da Equacao (7), tal como feito com o
sistema ar-fenol.

Tabela 7. Parametros fisicos usados na simulacao das curvas
massa x tempo no PDECOL.

Parametro                                       Valores

                                       Tolueno             Fenol

Concentracoes iniciais,             3.136 (1 ppm)      3.207 (1 ppm)
[C.sub.o] [[micro]g                 15.680 (5 ppm)     16.037 (5 ppm)
[kg.sub.ar.sup.-1]]                62.720 (20 ppm)    64.151 (20 ppm)
                                   109.760 (35 ppm)   112.245 (35 ppm)

Temperatura do sistema, T
  [[grados]C]                                      25,0
Vazao de gas pelo leito, Q [mL
  [min..sup.-1]]                                   120,0
Area da secao da coluna,
  [[cm.sup.2]]                                     0,196
Comprimento do leito, LL [mm]                    51 a 53(1)
Densidade do leito, pL [g
  [L.sup.-1]]                                     384--399
Densidade da mistura gasosa (2),
  [kg [L.sup.-1]]                                 1,2.10-3
Numero de Peclet, Pe                 1,17 (fenol) ou 1,14 (tolueno)
Tempo final (adimensional)                         80.000
Intervalo de tempo de resposta
  (adimensional)                                   1.000

(1) Faixa dos valores utilizados, conforme Tabelas 2 e 3; (2) Em
funcao das baixas concentracoes trabalhadas, tambem a densidade
da mistura gasosa foi aproximada para a massa especifica do
proprio ar (p = 1,20 g [L.sup.-1] a 20oC e UR = 50%).

Tabela 8. Valores de Reynolds (Re), Sherwood (Sh) e coeficiente
de transferencia no filme ([K.sub.F]) dos sistemas adsorvente *-fenol e
adsorvente *-tolueno a 60, 120 e 180 mL [min..sup.-1].

Vazao (mL [min..sup.-1])

                         Adsorvente-fenol    Adsorvente-tolueno

Parametro                60    120    180     60    120    180
Re                      6,6    13,2   19,8   6,6    13,2   19,8
Sh                      3,80   4,55   5,12   3,80   4,53   5,10
[K.sub.F] [[cm.sup.2]
  [s.sup.-1]]           5,20   6,22   7,01   5,35   6,37   7,17

(*) Composito ou Carbotrap.
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Title Annotation:texto en portugues
Author:Nagel Schirmer, Waldir; de Melo Lisboa, Henrique; Muniz Moreira, Regina de Fatima Peralta; Rosolen,
Publication:Acta Scientiarum Technology (UEM)
Date:Apr 1, 2010
Words:5398
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