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
\u3c1
\u3c7 =\u2212\u2212
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
\u3c1
\u3c7\u3c7 =\u2212\u2212\u2212+
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
\u3c1\u2206
\u2212
=\u2212\u2212\u2212+
3
2)1(3)1(21 BB
t \u3c7\u3c7
\u3c4
\u2212\u2212\u2212+=
( )css
Br
TTbk
RH
\u2212
\u2206
=
6
2
0\u3c1\u3c4
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
\u2212
\u2206
=
6
2
0\u3c1\u3c4
Utiliza-se a inclinação 
para calcular a 
condutividade térmica 
da camada de cinza.
s
Br
k
H
6
\u3c1
\u3b1
\u2206
=
RT
E
os
s
ekk
\u2212
=
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 \u3b1=
Onde,
p
s
C
k
\u3c1
\u3b1 =
daí,
pe
s
CD
kLe
\u3c1
=
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 \u3c1
=
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
\u2013 Forno de soleiras múltiplas (FSM).
\u2013 Forno Rotativo (FR).
\u2013 Forno Vertical (FV).
\u2013 Parallel Flow Regenerative (PFR) 
Multiple hearth furnace (FSM)
Secagem
Calcinação
Resfriamento
Características do FSM
\u2022 Grande flexibilidade ao material da alimentação.
\u2022 Alimentação com grande quantidade de água (<50%).
\u2022 Controle da temperaturas das soleiras.
\u2022 Permite um grande controle das características do 
material.
\u2022 Possibilidade de recirculação da \u201cpoeira\u201d arrastada pelos 
gases.
\u2022 Opera em temperaturas superiores a 1100oC.
Forno Rotativo
Características do FR
\u2022 Pode produzir todos os tipos de óxidos de magnésio.
\u2022 Grande capacidade de produção.
\u2022 Excelente aproveitamento do calor.
\u2022 O tempo de retenção é determinado pela velocidade de 
rotação.
\u2022 Possibilidade de produção direta de dead burning
magnesite, dolomite e sinterização.
\u2022 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
\u2022 O forno fornece o menor consumo de calor.
\u2022 Melhor controle da temperatura.
\u2022 Tempo médio de 12 min para o ciclo.
\u2022 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.
\u2022 http://www.magnesiaspecialties.com/stude
nts.htm