4 - Calcinação
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4 - Calcinação

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químico: Quando a reação na superfície da partícula
de CaCO3 determina a cinética da reação a expressão da
velocidade é dada por:

t
r

CbK
B

Ar
B

0

3
1

)1(1
ρ

χ =−−

Controle por transporte: Quando a resistência ao fluxo de gás
se dá através da camada de produtos a expressão da
velocidade é dada por:

t
r

CbD
B

Ae
BB 2

0

3
2 6)1(3)1(21

ρ
χχ =−−−+

Transferência de calor na partícula: A camada de cinza
pode impedir a transferência de calor para o núcleo de tal

forma que a transferência de calor seja responsável pelo
controle da cinética da reação.

( )
t

rH
TTbkXX

Br

css

2
0

3
2 6)1(3)1(21

ρ∆
−

=−−−+

3
2)1(3)1(21 BB

t χχ
τ

−−−+=

( )css
Br

TTbk
RH

−

∆
=

6

2
0ρτ

Controle da reação:

Efeito do tamanho da partícula

Maiores partícula necessitam de
maiores tempos para calcinação.

O gráfico mostra que o tempo de
conversão é proporcional a r2.

Aplicação do modelo do núcleo não reagido para a etapa limitante sendo a
transferência de calor:

( )css
Br

TTbk
rH

−

∆
=

6

2
0ρτ

Utiliza-se a inclinação
para calcular a
condutividade térmica
da camada de cinza.

s

Br

k
H

6
ρ

α
∆

=

RT
E

os

s

ekk
−

=
Energia de ativação = 121,8kJ/mol

Comportamento cinético da calcinação do CaCO3

Três números adimensionais são utilizados para avaliar a
etapa controladora da reação para cada tamanho de
partícula e faixa de temperatura empregada em um
determinado sistema, são eles:

- Número de Lewis.
- Número de Damkohler.
- Número de transferência de calor/químico.

Número de Lewis (Le): Esse número expressa a razão da
transferência de calor e transferência de massa, e permite a

determinação da característica dominante.

eD
Le α=

Onde,

p

s

C
k

ρ
α =

daí,

pe

s

CD
kLe

ρ
=

Um número de Lewis < 1 indica
que a transferência de massa é
maior que a transferência de
calor. Isso significa que

transferência de calor é a etapa
determinante da velocidade.
Quando o número de Lewis > 1,
transferência de calor é maior
que transferência de massa e o

sistema torna-se dependente da
transferência de massa.

Coeficiente de difusão da fase gasosa.

Número de Damkohler (Da): Esse número expressa a razão
da cinética química para a transferência de massa, e permite
a determinação da característica dominante.

e

c
a D

DD =

Onde,

A

r
c C

RkD
2

=

daí,

Ae

r
a CD

RkD
2

=

Um número de Damkohler < 1
indica que transferência de
massa é maior que cinética
química. Isso significa que
cinética química é a etapa
determinante da velocidade.
Quando o número de Damkohler
> 1, cinética química é maior que

transferência de massa e o
sistema torna-se dependente da
transferência de massa.

Número de transferência de calor/ químico (NCH): Esse
número expressa a razão da difusividade térmica e
difusividade química, e permite a determinação da
característica dominante. Esse número consiste na razão
entre o número de Lewis e Damkohler.

2RkC
kCN

rp

SA
HC ρ

=

O número NCH > 1 indica que transferência de calor é maior
que cinética química. Isso significa que cinética química é a
etapa determinante da velocidade. Quando o número NCH < 1,
cinética química é maior que transferência de calor e o sistema

torna-se dependente da transferência de calor.

Constante da velocidade da reação

Tranferência de
calor T<1100oC e r

> 6mm.
Pequenos gradientes de temperatura.

Partículas pequenas
controle químico? Sinterização das

partículas.

Fornos para calcinação

– Forno de soleiras múltiplas (FSM).

– Forno Rotativo (FR).

– Forno Vertical (FV).

– Parallel Flow Regenerative (PFR)

Multiple hearth furnace (FSM)

Secagem

Calcinação

Resfriamento

Características do FSM

• Grande flexibilidade ao material da alimentação.

• Alimentação com grande quantidade de água (<50%).

• Controle da temperaturas das soleiras.

• Permite um grande controle das características do
material.

• Possibilidade de recirculação da “poeira” arrastada pelos
gases.

• Opera em temperaturas superiores a 1100oC.

Forno Rotativo

Características do FR

• Pode produzir todos os tipos de óxidos de magnésio.

• Grande capacidade de produção.

• Excelente aproveitamento do calor.

• O tempo de retenção é determinado pela velocidade de
rotação.

• Possibilidade de produção direta de dead burning
magnesite, dolomite e sinterização.

• Opera em temperaturas superiores a 1500oC.

Forno Vertical (FV)

A quantidade de ar de entrada
não é suficiente para a completa
combustão do material. Sendo
assim, torna-se necessário
introduzir queimadores no início
da burning zone. Como o material
já está calcinado o forno
esquenta muito.

Temperatura alta para
produzir Light burned
magnesium oxide

Parallel Flow Regenerative (PFR)

Burning shaft Non-burning
shaft

Combustível
é fornecido a

apenas um
forno.

Lanças para a injeção
de combustível

Entrada e pré-
aquecimento do ar de

combustão.

Os dois fornos podem ser
alimentados alternadamente
ou ao mesmo tempo.

O material entra
paralelamente

aos gases de
combustão.

Combustível
adicionado no
início da zona
de calcinação

Características do PRF

• O forno fornece o menor consumo de calor.

• Melhor controle da temperatura.

• Tempo médio de 12 min para o ciclo.

• Ideal para a produção de Light burned magnesium oxide.

Os únicos dois tipos de fornos que são
capazes de produzir dead burnig

magnesite são o forno rotativo e o forno
vertical pressurizado.

• http://www.magnesiaspecialties.com/stude
nts.htm