Laboratório de Operações Unitárias

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Leito Fluidizado          Líquido-Sólido

Laboratório de Operações Unitárias

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Profº Leandro Martins

Prática realizada em 23 de Agosto de 2016

• Sumário:

❖        Introdução:        3

❖        Objetivos:        5

❖        Resultados e discussões:        6

∙        Determinação da curva característica de fluidização        6

∙        Determinação da velocidade mínima de fluidização (Vmf)        7

∙        Determinação da perda de carga mínima de fluidização (∆Pmf)        7

∙        Determinação da altura mínima de fluidização (Lmf)        7

∙        Estimativa dos principais parâmetros hidrodinâmicos de fluidização para velocidade mínima de fluidização        8

∙        Estimativa dos principais parâmetros hidrodinâmicos de fluidização para perda de carga mínima de fluidização        8

❖        Memorial de Cálculo:        10

❖        Conclusão:        13

❖        Apêndice:        14

❖        Bibliografia:        15

        

• Introdução:

Podemos definir leito fluidizado como um leito de sólidos finamente divididos através dos quais se passa um gás ou um líquido e este comporta-se num estado intermediário entre um leito estático e um em que os sólidos estejam suspensos num fluxo gasoso, assim como ocorre no transporte pneumático. Simplificando, é uma condição onde partículas finas ficam completamente suspensas quando se escoa um fluido ascendentemente, e assim a formação de um fluido mais denso.

        Chamamos de leito fixo quando temos que uma velocidade de fluido baixa e com isso o fluido apenas move-se pelos espaços entre as partículas estacionárias. Neste presente consegue-se observar um aumento na perda de carga com pequenos acréscimos da velocidade. A medida que a velocidade aumenta, verifica-se um distanciamento entre as partículas e algumas movimentações podem ser observadas, assim chamado de leito expandido.

        Ao passo que a velocidade vai se tornando cada vez maior e com isso todas as partículas são suspensas, o leito é chamado de fluidizado incipiente ou leito na mínima fluidização. Desde esse momento, a perda de carga no leito se mantém constante mesmo com o aumento da velocidade. Portanto, quando a velocidade do fluido aumenta de forma a se tornar extremamente alta, os sólidos do leito são arrastados, e recebem o nome de fluidização contínua (ou transporte pneumático). O comportamento da fluidização pode ser observado nos gráficos abaixo:

Figura 1: Regimes de Fluidização, onde fluidização pode ser compreendido como todo intervalo entre a fluidização incipiente e a turbulenta.

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Fonte: Seminário apresentado à disciplina de Operações Unitárias do Curso Técnico em Química do instituto TECPUCPR

Figura 2: Variação da perda de carga produzida pelo meio filtrante em função da velocidade.

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Fonte: GUPTA & SATHIYAMOORTHY, 1999. Variation of the head loss produced by the filter media during the backwash process.

Neste gráfico temos em I, leito estático, em II, leito em expansão, em III, fluidização em batelada, ou fluidização em fase densa (leito em ebulição) e em IV, fluidização contínua ou fluidização em fase diluída (transporte pneumático). No ponto B, expansão e em D, o início da fluidização.

        Quando temos um sistema do tipo líquido-sólido, existe um aumento da vazão acima da velocidade mínima de fluidização, e assim temos como resultado de uma fluidização com expansão progressiva do leito, neste, existem algumas variabilidades, estas que na vazão são amortizadas, permanecendo então pequenas. Este leito recebe o nome de leito particulado.

        Algumas vantagens do uso de leito fluidizado são que, existe uma mistura fácil dos sólidos, conduz às condições isotérmicas do reator, é adequado para produção em grande escala, tem grandes velocidades de reação, comparado a outros leitos, fácil escoamento em dutos, pois os sólidos comportam-se como fluidos e alta velocidade de processamento. Algumas desvantagens também foram observadas, como a erosão de tubos e colunas pela abrasão das partículas, consumo de energia devido a alta perda de carga, alto custo e tempo de manutenção. Analisando, percebemos que a principal vantagem do uso de sistemas fluidizados é mesmo a agitação vigorosa produzida pelo sólido em contato com o fluido que escoa. Já a principal desvantagem é o arraste de material durante o processo, além de abrasão resultante da interação do sólido com a superfície interna do leito.

        Sistemas de fluidização podem ser aplicados em: aquecimento e resfriamento de sólidos, congelamento, torrefação de café, pirólise, revestimento de partículas, reações gás-sólido, reações catalisadas por sólidos, secagem de sólidos, adsorção de gases e combustão de sólidos.

• Objetivos:

Esta prática teve como objetivo a determinação da curva característica de fluidização, a velocidade mínima de fluidização (Vmf), a perda de carga de mínima fluidização (∆Pmf) e a altura mínima de fluidização (Lmf) e a porosidade do leito (Ɛmf).