Leito Fixo - relatório

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE OPERAÇÕES E PROJETOS INDUSTRIAIS
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
Permeabilidade em Leitos – Leito Fixo
Grupo 2 (Noite):
Carina Soares
Gustavo Anciens
Hanny Juliani
Juliana Saldanha
Professor:
Marco AntonioGaya de Figueiredo
Rio de Janeiro
18/11/2015
SUMÁRIO
1. Resumo........................................................................................................................3
2. Introdução....................................................................................................................3
3. Motivação e Objetivos.................................................................................................4
4. Revisão Bibliográfica....................................................................................................4
5. Procedimento Experimental.........................................................................................9
6. Resultados e Discussão.............................................................................................10
7. Conclusões.................................................................................................................14
8. Estudo Dirigido...........................................................................................................15
9. Bibliografia..................................................................................................................19
RESUMO
O reator de leito fixo, ou ainda reator de leito recheado ou coluna empacotada, é um reator tubular cujo interior apresenta partículas de catalisador sólido. É utilizado, especialmente para catalisar reações gasosas, uma vez que comparado aos outros reatores catalíticos, sua conversão por massa de catalisador é mais alta.
O escoamento de fluidos através de leitos de partículas é uma prática muito comum, usadas para reações com catalisadores, adsorção de um soluto, absorção, etc. Em muitas operações industriais, a fase fluida escoa através de uma fase sólida particulada (fase sólida estacionária). 
Um dos principais objetivos de um leito de partículas (recheio) é promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo. O material de empacotamento pode ser esférico, irregular ou cilíndrico.
INTRODUÇÃO
Diversos equipamentos da indústria como colunas secadoras, filtros, peneiras moleculares, colunas absorvedoras, extratoras ou de destilação com internos fazem uso do princípio da permeabilidade de leitos, desta forma, a determinação da permeabilidade de leitos é um problema muito comum na engenharia química, uma vez que o escoamento de fluidos através de leitos formados por partículas sólidas ocorre frequentemente.
A aplicabilidade é vasta e abrange diferentes setores da indústria como, por exemplo, a remoção de contaminantes de águas residuais através da adsorção em colunas de leito fixo com carvão ativado ou o escoamento de óleo, água e gás em reservatórios subterrâneos, sendo um desafio constante para a engenharia petrolífera.
A presença do leito fixo tem por objeto promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo. Este leito pode ser composto por diferentes tipos de materiais e em diferentes formas. É importante que o engenheiro químico conheça o cálculo da perda de carga no leito fixo, para que se possa selecionar a bomba adequada a fim de garantir a vazão desejada ao longo de todo o processo.
Define-se um meio de escoamento sólido como um meio que contém “vazios”, ou seja, um meio poroso que propicia o escoamento do fluido. Exemplos de meio porosos são: rochas porosas, agregados fibrosos e partículas catalíticas dispostas ou “empacotadas” em um leito ou ainda contendo micro-poros extremamente pequenos.
Os meios porosos de interesse em processos industriais e químicos são basicamente divididos em dois tipos: os meios porosos de leito fixo, onde a porosidade permanece fixa em toda a operação e o leito fluidizado, no qual após receber uma quantidade de energia definida as partículas fluidizam-se criando uma porosidade diferente daquela inicial e uma altura de leito diferente da inicial. 
A caracterização da estrutura física de meios porosos representa um passo importante na seleção, projeto e construção de materiais porosos, de modo a maximizar o desempenho e otimizar as propriedades dos materiais. Esta caracterização se dá por três parâmetros: permeabilidade (k) que é a facilidade com a qual o fluido atravessa o leito poroso, porosidade () e fator C, que são constantes em qualquer posição do leito, em qualquer tempo e para qualquer condição de operação. De posse destes parâmetros importantes, fatores da operação podem sem determinados, como por exemplo, a perda de carga sofrida pelo fluido ao atravessar este sistema. Com esses dados obtidos, podemos obter um adequado dimensionamento da tubulação e da bomba responsável por este escoamento.
MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS
A presença do leito fixo tem por objeto promover o contato íntimo entre as fases envolvidas no processo. Este leito pode ser composto por diferentes tipos de materiais e em diferentes formas. É importante que o engenheiro químico conheça o cálculo da perda de carga no leito fixo, para que se possa selecionar a bomba adequada a fim de garantir a vazão desejada ao longo de todo o processo.
Esta prática objetiva avaliar as variáveis envolvidas em um leito fixo, como permeabilidade, fator de Forchheimer e porosidade do leito, a fim de caracterizar o meio e comparar os valores determinados com os disponíveis na literatura. Além disso, o experimento possibilita a observação de pontos relevantes na operação do equipamento, como queda de pressão, influência do comprimento na perda de carga além da influência de diferentes vazões que visam abranger uma série de processos análogos.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Para a correta escolha da abordagem matemática do problema do escomanto em leitos fixos primeiro é necessário o cálculo do número de Reynolds para o leito, que foi definido por Ergun em 1952 como:
 Eq. (1)
Onde:
Rep: Reynolds de partícula do meio poroso (adimen.)
ɛ: porosidade
Dp: diâmetro característico da partícula (m)
vs: velocidade superficial (m/s)
µ: viscosidade do fluido (Pa*s)
ρ: massa específica do fluido (kg/m³)
Para valores de Rep > 40 o escoamento no leito é considerado turbulento e para Re <40 é considerado laminar.
A leitura do diferencial de pressão é feito como na Eq. (2):
 Eq. (2)
Onde:
ΔP é a diferença de pressão no leito fluidizado (Pa);
ρ é a massa específica do fluido (kg/m³);
g é a aceleração da gravidade (m/s²); 
Δh é a diferença de altura no manômetro(m);
A vazão experimental para cada ponto é obtido pela seguinte fórmula:
 Eq. (3)
Onde:
q é a vazão volumétrica (m³/s)
V é o volume drenado (m³)
t é o tempo de drenagem (s)
A velocidade média do fluido é obtida como se segue:
 Eq. (4)
 Eq. (5)
 Eq. (6)
Onde:
v é a velocidade média de escoamento (m/s)
q é a vazão volumétrica (m³/s)
A é a área do reator fluidizado transversal ao escoamento (m²)
Di é o diâmetro do reator fluidizado (m)
ɛ: porosidade (adimen.)
vs: velocidade superficial (m/s)
Equação de Ergun (1952)
A Eq. (7) é a equação apresentada por Ergun (1952) a qual pode ser aplicada tanto para escoamento em regime laminar quanto para regime turbulento.
 Eq. (7)
Onde:
ΔP: queda de pressão no leito (Pa)
g: gravidade (m/s²)
L: comprimento do leito (m)
De acordo com Massarani (2001) a Eq. (7) é uma forma da equação clássica de Darcy (Eq. (11)), obtida diretamente das equações do movimento e da continuidade fazendo-se as simplificações de:
- meio isotrópico;
- homogêneo;
- fluido percolador newtoniano.
O primeiro termo da equação de Ergun é predominantepara o regime laminar, enquanto que o segundo tem maior importância para valores mais elevados de Reynolds, devido ao termo quadrático de velocidade superficial. Esta equação semi-teórica entre outros parâmetros permite-se conhecer a perda de carga de um sistema balizando-se em parâmetros estruturais do sistema como porosidade e diâmetro característico da partícula.
Obtenção do fator c e permeabilidade (k) teórica
Utilizando-se o Modelo do Capilar bem difundido na literatura e apresentado por Massarani (2001) pode-se obter qualitativamente os valor do fator c e do parâmetro k.
	 	Eq. (8)
Onde: 
: diâmetro médio de Sauter (m);
: é a esfericidade da partícula (adimen.);
, quando a partícula é grão;
ɛ: porosidade;
 Eq. (9)
O parâmetro experimental foi apresentado por Massarani em 1989 como:
 Eq. (10)
Onde:
 (parâmetro de ajuste experimental)
10-9 < k <10-3 cm2
0,15 < < 0,75
Ergun (1952) apresentou também um valor obtido experimentalmente para o parâmetro de 0,14, válido para porosidades da faixa de 0,35 - 0,50 e 10-6 < k <10-4 cm2.
Obtenção do fator c e da permeabilidade (k) experimentalmente
Para a obtenção experimental do fator c e da permeabilidade (k), Massarani (2001) apresenta a equação de Darcy (Eq. (11)) depois de simplificações com a equação de Forchheimer (Eq. (12)) e após a integração dentro dos limites de diferença de pressão do trecho de interesse e comprimento do trecho de interesse, toma a forma da Eq. (13):
 Eq. (11)
 Eq. (12)
 Eq. (13)
Na qual:
 
Onde:
ΔP: queda de pressão no leito (Pa)
g: gravidade (m/s²)
L: comprimento do leito (m)
Dp: diâmetro característico da partícula (m)
vs: velocidade superficial (m/s)
µ: viscosidade do fluido (Pa*s)
ρ: massa específica do fluido (kg/m³)
k: permeabilidade (m²)
c: fator c de Forccheimer (adimencional)
As simplificações realizadas para a obtenção da equação de Darcy são listadas abaixo:
Fluido newtoniano e incompressível;
Escoamento isotérmico e unidirecional;
Meio poroso rígido (ε constante);
Regime permanente;
Força de inércia desprezível
Comparando-se a equação de Ergun (Eq.(7)) e a equação de Darcy (Eq. (11)) observa-se que o termo referente à k na equação de Darcy encontra seu paralelo na equação de Ergun com: 
A equação acima foi previamente apresentada como Eq. (8) e que é utilizada pelo Modelo do Capilar. Sendo assim, o fator c da equação de Darcy também encontra seu paralelo na equação de Ergun. Este paralelo é apresentado pela Eq. (9) com um valor aproximado de de 0,14.
Por fim, a porosidade do leito pode ser obtida por meio de uma técnica conhecida como picnometria. A partir de informações das partículas e do leito, temos:
 Eq. (14)
Onde:
ms: massa de sólidos dentro do leito (kg)
: massa específica do sólido (kg/m³)
V: volume do leito (m³)
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Descrição do equipamento
	A unidade experimental consiste em um equipamento basicamente composto por um sistema de escoamento de água, um circuito de medida de pressão no leito e a estrutura de sustentação. Este equipamento está representado pela figura 1.
Figura 1: Unidade experimental
Procedimento Experimental
Abriram-se totalmente as válvulas Vret e Val, mantendo-se a válvula (Vsist) fechada, girando-a no sentido horário, assim como a válvula Vex. As válvulas do circuito de medida de pressão devem estar na posição fechada. A válvula de equalização (Eq), também foi mantida fechada durante todas as medidas, sendo responsável pela equalização da pressão no manômetro. 
Ligou-se a bomba e abriu-se totalmente a válvula (Vsist), girando-a no sentido anti-horário, de forma a proporcionar uma medida de vazão. Para a realização desta medição, utilizou-se uma proveta e um cronômetro, abrindo-se a válvula (Vv) e fechando-se a válvula (Val) simultaneamente, por meio do acionamento da chave braço. 
Em seguida, abriram-se as válvulas P1 e P2, mantendo-se as válvulas P3 e P4 fechadas. Observou-se uma variação de pressão no manômetro entre os pontos 1 e 2. A diferença entre esses valores de pressão foi anotada. Repetiu-se o mesmo procedimento para outros dois pontos, usando a válvula P2 como referência, sendo eles P2 e P3 (2 e 3) e P2 e P4 (2 e 4). 
Concluída esta etapa, fechou-se um pouco a válvula Vsist e, novamente, foi feito o procedimento descrito anteriormente. O mesmo processo foi repetido para mais cinco medidas de vazão.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na Tabela 1 encontram-se os dados obtidos na prática:
Tabela 1: Dados obtidos experimentalmente.
	Abertura Válvula 
	Massa de água (kg)
	Tempo (s)
	Temp. (°C)
	∆h2-4 (cm)
	∆h2-3 (cm)
	∆h2-1 (cm)
	V ret
	V sist
	
	
	
	
	
	
	TA
	TA
	1,5
	7,26
	25
	88,8
	41,3
	27,1
	TA
	2
	1,24
	6,76
	25
	75,1
	34,7
	23,2
	TA
	3
	1,41
	8,98
	25
	56,7
	26,3
	17,8
	TA
	4
	1,32
	14,26
	25
	23,8
	11,3
	7,7
	TA
	5
	1,33
	25,2
	25
	8,9
	4,5
	2,6
	Diâmetro da partícula: 2,29mm
	Massa do recheio: 910g
A partir dos dados obtidos, foram realizados os devidos cálculos, considerando a massa específica da água igual a 997,05 kg/m³, e foram obtidos os seguintes dados:
Tabela 2: Dados calculados.
	Q (m³/s)
	∆P2-4 (Pa)
	∆P2-3 (Pa)
	∆P2-1 (Pa)
	0,000207
	118473,41
	55100,81
	36155,74
	0,000184
	100195,42
	46295,35
	30952,51
	0,000157
	75646,87
	35088,41
	23748,05
	9,28E-05
	31753,01
	15076,01
	10273,03
	5,29E-05
	11874,02
	6003,72
	3468,82
O ∆P é função do comprimento do leito e da velocidade de escoamento, de modo que os dados apresentados estão coerentes.
A seguir está representada no diagrama a variação da pressão em relação ao aumento gradual da vazão para os três trechos.
Gráfico 1 – Vazão volumétrica x Queda de pressão.
Para o prosseguimento do tratamento de dados, foram necessárias algumas propriedades do leito, sendo estas apresentadas na Tabela 3. A partir dos dados sobre o leito é possível calcular a sua porosidade e velocidade superficial.
Tabela 3: Dados sobre o leito.
	altura do leito (m)
	0,38
	diâmetro do leito (m)
	0,045
	volume do leito (m³)
	0,000604
	massa do leito (g)
	910
	massa específica (kg/m³)
	2666,67
 
Tabela 4: Dados de velocidade superficial.
	Q (m³/s)
	v (m/s)
	Vs (m/s)
	0,000207
	0,130294
	0,056026
	0,000184
	0,115676
	0,049741
	0,000157
	0,099017
	0,042577
	9,28E-05
	0,058374
	0,025101
	5,29E-05
	0,033283
	0,014312
A caracterização de um leito fixo se dá basicamente pela definição de dois parâmetros:
Permeabilidade, k;
Fator C do leito;
 A identificação do perfil de escoamento determina a correlação adequada a ser empregada para o cálculo da permeabilidade e do fator c. Dessa forma, foi utilizada a equação de Forchheimer linearizada para determinação dos parâmetros para as diferentes regiões do leito através do método dos mínimos quadrados.
Onde:
Representa a ordenada;
 Representa o coeficiente angular;
 Representa o coeficiente linear;
Desta forma, a constante de permeabilidade e o fator c, foram obtidas neste trabalho por ajuste dos dados experimentais de Vs versus ((∆P/L) + ρ*g)/Vs realizando a linearização da equação de Forchheimer através do método dos mínimos quadrados. 
Gráfico 2: Diagrama de linearização dos dados obtidos pela equação de Forchheimer.
A partir de cada ajuste uma equação foi obtida e seu respectivo coeficiente de correlação (R²). Com os dados obtidos, comparativamente com a equação de uma reta, é possível realizar a determinação dos coeficientes linear e angular da regressão linear, e com isto a permeabilidade e o Fator C. São eles:
Tabela 5: Valores experimentais de permeabilidade e fator C.
	
	Trecho P2-P4
	Trecho P2-P3
	TrechoP2-P1
	Coef. Angular
	7,00E+07
	2,00E+07
	1,00E+07
	Coef. Linear
	2,00E+06
	1,00E+06
	1,00E+06
	Permeabilidade (K)
	4,45E-10
	8,90E-10
	8,90E-10
	Fator C
	1,48
	0,60
	0,30
Para fins de comparação também realizamos a determinação desses parâmetros pela correlação de Massarani, cujas variáveis utilizadas referem-se somente às propriedades do leito e do material.
Para o cálculo da permeabilidade do leito teoricamente, é necessário o cálculo do diâmetro médio de Salter. Como só foi medido o diâmetro de uma partícula, os cálculos serão baseados somente nesta partícula. Além disso, quanto à esfericidade, a observação das partículas mostrou que, claramente, não se tratavam de esferas. Uma pesquisa feita nos permitiu arbitrar um valor igual a 0,75.
Tabela 6: Valores teóricos de permeabilidade e fator C.
	K teórico
	7,20E-09
	Fator C (Massarani)
	2,91
A partir dos resultados obtidos nota-se que a permeabilidade do leito, encontrada pela correlação linear, não possui a mesma ordem de grandeza para os três trechos realizados, demonstrando a presença de alguns erros experimentais. Porém, a ordem de grandeza dentre os dados experimenta apresenta uniformidade, apontando resultados razoavelmente satisfatórios.
	Já para o fator de Forchheimer (c), a variação entre dois deles é pequena e o terceiro valor que se distancia mais, mas ainda assim, os valores encontrados são relativamente bem próximos. Também é importante ressaltar que este parâmetro deve se manter constante ao longo de todo o leito, uma vez que este caracteriza o leito como um todo.
Comparando as tabelas 5 e 6 é possível perceber que tanto o valor quantitativo de k quanto o fator C apresentam certo desvio dos valores obtidos experimentalmente. Outro fator importante a ser considerado é a porosidade do leito. O valor encontrado para o mesmo foi de apenas 0,43, um valor pequeno, o que dificulta o escoamento do fluido através do leito.
CONCLUSÕES
Segundo a literatura, era esperado que os valores do Fator C e da Permeabilidade fossem os mais próximos possíveis, pois essas variáveis representam o leito, independentemente do ponto escolhido para analisar. Assim, visto que os valores obtidos foram relativamente próximos, o experimento atendeu as expectativas.
Erros experimentais, como a leitura no diferencial de pressão, na vibração da coluna, nas medições de massa, podem ter ocorrido, causando os desvios apresentados pelos dados expostos.
A manipulação desse tipo de equipamento acrescentou no entendimento do funcionamento da operação, assim como entender os principais pontos a serem observados na operação, projeto e possíveis otimizações de processos.
A relação com o leito, referente ao tipo de recheio, a perda de carga no meio possibilita avaliar modificações pertinentes a um processo, possivelmente aumentando o processamento ou reduzindo perdas e gastos desnecessários no andamento da operação.
ESTUDO DIRIGIDO
I – Estudo dirigido: PERMEABILIDADE EM LEITO
O estudo do escoamento fluido (gás / liquido, por um meio poroso) tem uma grande aplicação na indústria química indo de torres de adsorção a reatores de leito fixo. Balizado nesta informação responda aos seguintes questionamentos:
Quais as propriedades físico-químicas que devem ser consideradas na especificação de um leito de adsorvente (alumina / carvão ativo, etc.)?
As propriedades mais importantes para caracterizar o meio poroso são a área específica superficial das partículas, o coeficiente de permeabilidade e o coeficiente de difusão efetivo, que são dependentes da porosidade e tortuosidade do meio.
Quais as principais características dos sólidos influenciam na determinação da perda de carga no leito
Porosidade, esfericidade, diâmetro, área superficial e densidade das partículas.
Qual a influência da viscosidade e da vazão de fluido na perda de carga do leito?
Quando maior a viscosidade, maior a perda de carga. Do mesmo modo, quanto maior a vazão de fluido, maior é a perda de carga, como pode ser observado pela lei de Darcy:
∆𝑃=𝑄*𝜇*L/(𝐴*𝐾)
Considerando a operação de adsorção com uma das mais utilizadas na indústria química em geral, a saber, secagem de gás (remoção de umidade), purificação de solvente petroquímico ou remoção de contaminantes em frações de petróleo pergunta-se:
Quais os tipos de adsorção possíveis de serem considerados?
Quando a adsorção ocorre por interações físicas entre as partes, é denominada fisissorção. Na adsorção física, as moléculas ou átomos se aderem à superfície do adsorvente, em geral, através de forças de Van der Waals, que são muito fracas e incapazes de formar ligações químicas. Por esse motivo, a adsorção física é um processo reversível.
Por outro lado, quando o processo de adsorção se dá por meio de forças de natureza química, é chamada de quimissorção. Nesse tipo de interação, a adesão do adsorvido à superfície do adsorvente se estabelece por ligações químicas covalentes. Uma vez que há a formação de ligações químicas, trata-se de um processo exotérmico e irreversível.
Quais os principais adsorventes e suas respectivas aplicações?
Os adsorventes mais utilizados em escala industrial atualmente são o carvão ativado, a sílica-gel, a alumina ativada e as peneiras moleculares.
A superfície do carvão ativado possui afinidade com substâncias de caráter orgânico, conferindo-lhe sua principal aplicação atualmente, a descontaminação de água destinada ao consumo humano. A aplicação industrial da alumina ativada mais importante também é na desidratação de correntes gasosas e em algumas purificações específicas de correntes líquidas.
Com relação à sílica gel, sua principal aplicação industrial como adsorvente é a retirada de umidade de correntes gasosas, mas também foi utilizada na separação de compostos aromáticos de parafínicos e naftênicos no processo Arosorb.
Quais os parâmetros devem ser considerados na especificação de um adsorvente?
Sendo a adsorção um fenômeno essencialmente de superfície, para que um adsorvente tenha uma capacidade adsortiva significante, deve apresentar uma grande área superficial específica, o que implica em uma estrutura altamente porosa. As propriedades adsortivas dependem do tamanho dos poros, da distribuição do tamanho dos poros e da natureza da superfície sólida.
O que vem a ser uma curva de ruptura, como ela é constituída?
Se uma solução contendo inicialmente um soluto que se deseja recuperar for mantida em contato de modo contínuo com um leito de adsovente inicialmente livre de soluto, e se for monitorada a concentração do soluto na saída do leito, em função do tempo ou volume, obtém-se uma curva da forma mostrada na figura abaixo denominada de curva de ruptura (breaktrough curve). Inicialmente, a camada de adsorvente situada na parte superior do leito adsorve a solução rápida e efetivamente reduzindo assim a concentração do soluto na saída da coluna. Na figura, a distribuição de adsorbato no leito é indicado pela proximidade das linhas horizontais. O efluente no fundo do leito está praticamente livre de soluto (primeira situação). Nessa situação, a camada superior do leito está praticamente saturada e a adsorção ocorre em uma zona de adsorção (Zad) relativamente estreita e a concentração muda rapidamente. Continuando com o fluxo da solução, a zona de adsorção move-se descendentemente como uma onda, a uma taxa ordinariamente muito mais lenta que a velocidade linear do fluido através do leito.
Em um certo tempo, caracterizado pela segunda situação na figura, praticamente metade do leito está saturado com o soluto, porém a concentração no efluente é ainda substancialmente zero. Quando a zona de adsorção estiver alcançado a parte inferior do leito, e a concentração do soluto no efluente aumentar sensivelmente, o sistema inicia a ruptura (breaktrough), conforme mostrado na terceira situação. Então a concentração do soluto no efluente aumenta rapidamente quando a zona de adsorção passa através do fundo do leito e a concentração do soluto iguala-sesubstancialmente ao valor da concentração na solução inicial (Co). Prosseguindo com o escoamento, pouca adsorção ocorrerá desde que, para propósitos práticos o leito está em equilíbrio com a solução alimentadora.
A taxa atual e o mecanismo do processo de adsorção, a natureza do equilíbrio de adsorção, a velocidade do fluido, a concentração de soluto na alimentação, e a altura do leito de adsorvente contribuem para a forma da curva de ruptura (breaktrough). O tempo de ruptura (breaktrough) diminui com o decréscimo da altura do leito, com o aumento do tamanho da partícula do adsorvente, com o aumento da velocidade do fluido através do leito e com o aumento da concentração inicial do soluto na alimentação.
O que vem a ser a operação de dessorção?
Sorção refere-se a absorção e adsorção ocorrendo simultaneamente. O processo inverso da sorção é a dessorção, que pode ser estudada em função de isotermas de dessorção.
Quais os fatores / aspectos que devem ser considerados na especificação de um adsorvente?
Duplicada com a letra c.
Qual a influencia da velocidade de escoamento de um fluido (gás / liquido) no fenômeno de adsorção?
Uma menor vazão (ou velocidade de escoamento) corresponde à menor perda de carga, e uma maior perda de carga corresponde à maior vazão, em vazões maiores ocorre a formação de canais preferenciais de forma bem pronunciada que tendem a diminuir a adsorção no leito. 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. Em baixos números de Reynolds, as forças viscosas dominam e a queda de pressão é proporcional à viscosidade do fluido e à velocidade superficial. Em altos números de Reynolds, a queda de pressão é proporcional à densidade do fluido e ao quadrado da velocidade superficial.
Qual a influencia da temperatura / pressão na operação de adsorção?
Em relação à temperatura, uma maior acarreta em maior tempo de residência médio, como ilustra o esquema abaixo.
Com relação à pressão, uma menor pressão aumenta o tempo de residência, como ilustra o esquema abaixo.
O que vem a ser velocidade espacial, qual a sua aplicação?
Velocidade espacial é o inverso do tempo espacial, que se refere ao tempo necessário para processar um volume de alimentação, correspondente a um volume, medido em condições específicas. Se aplica em estudos cinéticos do sistema.
Exercício
O solvente utilizado na obtenção do polietileno de alta densidade, n-hexano, deve ser pré-tratando para remoção da umidade antes da alimentação no reator. Em linhas gerais o processo ocorre em sistema dotado de duas colunas, basicamente cada uma delas tem como dimensões, o diâmetro da ordem de 2,5 metros e a altura de 9 metros. A torre opera afogada com a alimentação, controlada ( topo / fndo) é monitorada na saída e o solvente seco alimenta o tanque de solvente tratado, este é ligeiramente inertizado com nitrogênio seco para evitar entrada de umidade. Deste tanque, via sistema de bombeio, o solvente seco alimenta a unidade reacional. Quando traços de umidade são detectados no solvente, o sistema é posto para dessorver.
A operação de dessorção ocorre em sistema fechado, ou seja, inicialmente a torre é drenada via a injeção de nitrogênio, o solvente é transferido para um vaso intermediário e deste realimenta em baixa vazão a carga a ser tratada após a regeneração ter sido concluída.
Estando a torre sem solvente liquido, o nitrogênio é aquecido via uma fornalha a temperatura de 1200C, na saída um condensador condensa a umidade retirada do adsorvente que é separada em vaso separador, o gás recircula ao processo via um soprador e o condensado é drenado para a ETRI periodicamente com auxilio de uma bomba centrifuga.
 O controle da operação é feito por analise da fase gasosa na saída da torre. Estando esta dentro do valor especificado da umidade, o nitrogênio é cortado e inicia-se lentamente a alimentação do solvente de forma a se reduzir a temperatura do leito, entrando a unidade em regime. Sendo então colocada a segunda torre em operação de dessorção.
Balizado nesta descrição solicita-se:
Que se faça um fluxograma de tubulação e instrumentação representativo do sistema.
Considerando que a capacidade produtiva da unidade seja de 17 ton/hora, que a concentração da suspensão em normal hexano seja de 45 % e que a planta esteja operando com 85 de eficiência e com um rendimento de 95%. Estime a vazão de solvente a ser tratada na torres. Considerando as propriedades físico-químicas do recheio disponível no experimento da prática realizada, estime, para as dimensões da torre a pressão de descarga da bomba de alimentação de solvente. Havendo necessidade de mais dados, busque na literatura e os informe na resolução do exercício.
BIBLIOGRAFIA
MASSARANI, G. – Fluidodinâmica em Sistemas Particulados - Editora UFRJ - Rio de Janeiro, 1997.
CREMASCO, M.A. “Operações Unitárias em Sistemas Particulados e Fluidomecânicos”, Editora Blucher, 1ªEd., 2012.
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n-Hexano