SISTEMA DE PISTÃO - CAMA FIXA

1

UFSC – Universidade Federal de Santa Catarina

Depto De Eng. Química e de Eng. De Alimentos

EQA 5313 – Turma 645 – Op. Unit. de Quantidade de Movimento

ESCOAMENTO EM MEIOS POROSOS – LEITO FIXO

O escoamento de fluidos (líquidos ou gases) através de leitos de

partículas (leito fixo) é uma prática muito comum. Em muitas operações

industriais a fase fluida escoa através de uma fase sólida particulada (fase

sólida estacionária). As colunas empacotadas como são também

chamados estes equipamentos são usadas para reações com

catalisadores, adsorção de um soluto, absorção, leito de filtração, etc.

Um dos principais objetivos de um leito de partículas (recheio) é

promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo (fase

fluida gasosa e/ou líquida com a fase estacionária/partículas ou entre

diferentes fases fluidas). O material de empacotamento pode ser: esferas,

partículas irregulares, cilindros, diversos tipos de materiais disponíveis

para comercialização.

Algumas aplicações de Leitos Fixos de Partículas:

1 – Processos de adsorção

2 – Processos de absorção de gases

3 – Coluna de destilação com recheio

4 – Extração líquido-líquido

5 - Leitos de reação catalítica

6 - Filtros de resina de troca iônica

Na indústria de processamento de alimentos alguns exemplos de

processos são: Colunas de destilação ou extração (produção de etanol,

tratamento de resíduos), Processos cromatográficos (separação de

molasses), Processos de adsorção (recuperação de aromas), Processos de

absorção (limpeza de gases, tratamento de água), Torres de recheio para

resfriamento ou umidificação, Secagem (cereais e grãos), Reatores

(processos enzimáticos).

Em um leito fixo o fluido passa través de um leito de partículas

(Figura 1), em baixas velocidades, apenas percolando através dos

espaços vazios existentes entre as partículas estacionárias.

- Escoamento bifásico

As Colunas de Recheio são muito usadas para provocar o contato

íntimo entre dois fluidos imiscíveis ou parcialmente miscíveis, podendo ser

um gás e um líquido, ou dois líquidos. Portanto, nos escoamentos em

meios porosos as fases que estão em contato podem ser: Gás-sólido;Gáslíquido;

Líquido-sólido;Líquido-líquido.

2

Figura 1 – Leito Fixo ou coluna de recheio.

Normalmente usa-se fluxo contra-corrente com o gás ou líquido

mais leve entrando pelo fundo e o segundo fluido por cima da coluna. Para

que se obtenha uma boa velocidade de transferência por unidade de

volume da coluna, deve-se escolher um recheio que promova uma

elevada área interfacial entre as duas fases e um alto grau de turbulência

nos fluidos, com uma menor queda de pressão.

Figura 2 – Torre de Recheio

Características necessárias ao recheio:

- ser quimicamente inerte ou adequado à aplicação;

- ser resistente e ter baixa massa específica (↓ peso);

- proporcionar uma passagem adequada do fluido sem implicar em

grande perda de carga;

3

- oferecer um contato sódio-fluido efetivo (molhabilidade),

- custo razoável

Os recheios podem ser dos seguintes tipos:

Sólidos quebrados: mais baratos, não uniformes, por isso seu arranjo não

é uniforme nem sua porosidade, podendo não ter um fluxo de líquido e

superfície efetiva satisfatórios para a transferência de massa.

Recheios de forma definida: são muito usados devido à sua grande área

superficial, aliada a sua baixa perda de carga; seu custo aumenta com a

diminuição de tamanho; a porosidade varia de 0,45 a 0,95. Os tipos mais

utilizados são: Anéis de Raschig, Anéis Pall, Anéis Lessing e as Selas de

Berl. Também pode-se utilizar esferas. Os materiais mais comumente

utilizados, dependendo da aplicação são: cerâmica, metais, vidro,

plásticos, carbono e, às vezes, borracha.

Figura 3 – Tipos de Recheio encontrados nas aplicações industriais

(a)Anéis de Rasching, (b) Sela Intalox, (c) Anéis de Pall, (d) Anel

Espiralado Cyclohlix, (e) Sela de Berl, (f) Anéis de Lessing, (g) Anel

Quartelado

As características específicas de cada tipo de recheio (diâmetro

nominal, área superficial e porosidade) estão encontrados tabelados na

literatura (Foust, McCabe, Coulson e Richardson).