PENEIRAMENTO - Estudo Dirigido

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LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I 
ESTUDO DIRIGIDO 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I 
ESTUDO DIRIGIDO 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I 
ESTUDO DIRIGIDO 
I – Estudo dirigido: PRATICA PENEIRAMENTO
Em posse dos dados obtidos em laboratório faça a distribuição granulométrica do sólido em diferentes modelos de distribuição encontrados na literatura. 
Presente no relatório.
No manuseio de sólidos granulados, quais são as propriedades físico químicas mais importantes, o que cada uma delas significa e qual a aplicação de cada uma delas? 
As principais propriedades físico-químicas dos sólidos granulados são: 
as que dependem da natureza das partículas: o tamanho, a forma, a dureza, a densidade, o calor específico e a condutividade.
as que dependem do sistema (leito poroso): a densidade aparente, a área específica, a porosidade,a esfericidade, o ângulo de talude, entre outras. Neste caso, a propriedade passa a ser uma característica do conjunto de partículas (leito) e não mais do sólido em si.
A Porosidade determina o volume de vazios do meio, e é aplicada na técnica de absorção; 
A Densidade é a razão é utilizada pra classificar os sólidos em leves, médios e pesados, informações úteis para as técnicas de decantação e centrifugação;
A Esfericidade é a relação da partícula com a forma esférica muito utilizada para a ténica de filtração; 
O Tamanho é caracterizado a partir da Granulometria e é importante para a técnica de fluidização e filtração. 
Quanto ao material granulado quais seriam os tipos de densidades possíveis de serem identificadas? 
Qual a aplicação de cada uma delas?
É importante salientar a diferença entre as densidades que caracterizam a partícula, em função de sua porosidade. 
A densidade aparente () é definida como a massa dividida pelo volume aparente da partícula ou volume total (), obtido a partir do diâmetro determinado com paquímetro.
Se o volume de poros puder ser determinado por uma técnica como fissisorção de N2 ou porosimetria de mercúrio, pode-se calcular o volume real do sólido, obtido como Vsol=Vp – Vvazios. A divisão da massa da partícula pelo volume real do sólido fornece a densidade verdadeira (), escrita como: ; 
Quais seriam as principais equipamentos utilizados no escoamento (transferência) de sólidos granulados? Quais as limitações para cada um deles? 
Para se transportar sólidos é necessário fazer o uso de equipamentos específicos. Uma grande variedade de transportadores está disponível tanto para o escoamento puramente horizontal quanto para a elevação vertical, elevadores, quando necessário.
O transportador de correia consiste em uma lona sem fim que é suportada por dois tambores, um na carga e outro na descarga, com o apoio de alguns roletes. O material da correia geralmente é polimérico e algumas podem contar com reforço de lona e fios metálicos para aumentar a resistência.
Uma variante do transporte por correia é o por esteiras. Este equipamento é especialmente destinado ao transporte pesado de materiais e quentes e abrasivos a curtas distâncias. Geralmente o material empregado nas esteiras é de origem metálica.
O transporte helicoidal é um tipo versátil para o transporte de material particulado e pode ser usado em diversos outros tipos de operação, tais quais secagem, lavagem e cristalização, entre outros.
Os elevadores são basicamente utilizados quando há a necessidade de abastecimento de um silo ou quando tem de se alimentar a mistura em um equipamento em nível acima da onde a mesma se encontra.
A distribuição granulométrica tem algum tipo de interferência nos sistemas de transferência de sólidos por transporte pneumático ou em sistema de fluidização? Justifique a resposta. 
Nem toda partícula, quando submetida à fluidização gasosa, comporta-se da mesma maneira. Ou seja, conclusões extraídas de dados obtidos na fluidização de certo material não podem, a princípio, ser extrapoladas para outro. 
As partículas do tipo A apresentam, de maneira geral, pequeno tamanho médio e/ou baixa densidade — inferior a 1,4 g/cm³. Esse tipo de material — pós finos e leves — submetido à fluidização gasosa expande-se consideravelmente antes do surgimento de bolhas. Ao se interromper o fluxo gasoso, o leito colapsa vagarosamente. Nesse tipo de fluidização, as bolhas aparecem com velocidades superiores à de mínima fluidização. 
Para as partículas do grupo B, as primeiras bolhas surgem com a velocidade mínima de fluidização. Os materiais nesse grupo apresentam diâmetro compreendido entre 40 e 500 µm e densidade superior a 1,4 g/cm³ — a areia é um exemplo. A expansão do leito nesse tipo de fluidização é pequena e ele colapsa rapidamente quando o suprimento de gás é interrompido. 
Partículas do grupo D apresentam tamanho e/ou densidade elevada. A velocidade do gás necessária para a fluidização é alta, a mistura do material é pequena e a formação de jorro é favorecida. Leitos rasos devem ser utilizados para esse tipo de material. 
Existe ainda um quarto grupo, representado pela letra C. São partículas que possuem tendência coesiva. À medida que a vazão de gás aumenta, aparecem canais preferenciais que se estendem da tela de distribuição do gás até a superfície do leito. Para esse tipo de material, a introdução de agitação, seja por vibração ou pulsação da corrente gasosa, é uma alternativa interessante para que se promova uma fluidização mais uniforme, sem o aparecimento de canais preferenciais que prejudiquem os processos de transferência de calor e massa.
No caso dos sistemas de transferência de suspensões a distribuição granulométrica tem algum tipo de interferência? Justifique a resposta. 
Quanto menor o tamanho das partículas, menor a densidade delas e a velocidade da fase dispersante será maior, diminuindo a velocidade de sedimentação e elevando o tempo de escoamento. 
No caso de sistemas de leito fixo ( torres de adsorção, reatores catalíticos ou outros sistemas que operem com recheios granulados), qual a influencia da distribuição granulométrica ou do tamanho médio de partícula na determinação da perda de carga no leito? Justifique a resposta 
Em leitos constituídos por partículas de baixa granulometria, o aumento da quantidade de xisto utilizado não é representativo, de acordo com dados obtidos em experimentos. Entretanto, para partículas maiores, a perda de carga aumenta juntamente com o leito. O aumento na porosidade do leito faz com que a perda de carga do sistema se torne menor.
A influência significativa de partículas menores sobre o sistema pode ser explicada pelo fato de que estas tendem a ocupar espaços vazios entre as partículas maiores, propiciando um melhor empacotamento o que gera um aumento na perda de carga do sistema.
No caso de um sólido que está sendo seco por fluidização e por um problema operacional, sofreu uma alteração na distribuição granulometria aumentando o percentual de finos, qual seria a influencia no processo? De que forma isto afetaria o processo como um todo? (considere um sistema de fluidização completo) 
 Um sólido com aumento do percentual de finos submetido à fluidização gasosa vai se expandir consideravelmente antes do surgimento de bolhas. Ao se interromper o fluxo gasoso, o leito colapsa vagarosamente. Portanto, as bolhas vão aparecer com velocidades superiores à de mínima fluidização. 
Qual seria a influencia na variação da distribuição granulométrica nos seguintes sistemas de separação: (justifique a resposta) 
Decantação 
É um processo muito simples de separação entre líquidos e material particulado. Basicamente consiste em alimentar uma corrente da mistura num vaso especificado e aguardar que as partículas de maiores diâmetros que, por ação da gravidade,escoem verticalmente de modo que sejam coletadas após um dado tempo de residência. O material decantado e sobrenadante é recolhido. 
Nesta operação conhecidos o tempo de residência, a altura do vaso, as propriedades do fluido e da partícula calcula-se o o qual permite o cálculo da eficiênciade coleta das faixas e a posterior determinação da distribuição granulométricas do sobrenadante e da lama, água com os materiais maiores, recolhidos .
Filtração (filtro prensa) 
A distribuição granulométrica irá influenciar na lavagem da torta, que além de ser imperfeita, pode durar várias horas e será tanto mais demorada quanto mais densa for a torta. Suspensões de granulometria uniforme dão tortas homogêneas e, portanto mais fáceis de lavar.
 Partículas finas tendem a produzir tortas de lavagem difícil. O uso de auxiliares de filtração melhora as condições de lavagem, mas não resolve completamente o problema. 
Centrifuga 
A seleção das partículas é feita ao longo do diâmetro do líquido em rotação. A distribuição granulométrica vai influenciar nesse tipo de técnica de forma que as partículas menores serão as menos velozes e estarão mais próximas da borda, e as maiores serão mais velozes e estarão mais próximas do centro. 
Spray Dryer (Atomização)
As partículas com granulometria mais pesadas vão se depositar, por gravidade, no reservatório de produto. E as partículas mais finas vão seguir o fluxo de sucção até serem retidos em um filtro. Então o conhecimento da distribuição granulométrica é importante para a saber a eficiência do processo. 
Exercício conceitual
Considerando a distribuição granulométrica obtida na pratica realizada no laboratório responda aos seguintes questionamentos e proposições a seguir apresentados. 
Considerando que uma planta industrial processe cerca de 20 toneladas por hora de um material sólido e que a planta seja contínua, especifique o numero de silos e calcule suas dimensões, elaborando a folha de especificação do silo mostrada ao final do exercício. 
Base de dados 
Relação altura diâmetro (l/D) = 4 
Planta contínua, operando 8000 horas / ano 
Material do silo: alumínio, pressão de operação – atmosférica, temperatura de operação 350C 
Bocais a considerar 
Alimentação de Pó 
Boca de visita 
Exaustão de gás 
Descarga 
Bocal reserva no topo 
Sensor de nível (tipo capacitância – entrada pelo topo) 
Silo montado sobre pernas (apoiado) de forma a permitir um caminhão próximo a descarga no fundo para produto via válvula rotativa. 
Nota: Identifique todas as propriedades que deverão ser consideradas no calculo antes de realizar a pratica e as determine com o material cedido. 
Normalmente é feito a introdução de 3 silos, um silo para o carregamento, outro para realizar analises e um terceiro para o descarregamento. Considerando que o silo opere 24h por dia, é possível estimarmos que o tempo de residência do sólido em cada silo é de 8h. 
𝐷𝑎𝑑𝑜𝑠: 
𝐿/𝐷 = 4
 𝑡𝑟 = 8ℎ 
𝑄 = 20 𝑡/ℎ = 20000 Kg/h 
𝑇𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 = 35°𝐶
 𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙: 𝑎𝑙𝑢𝑚í𝑛𝑖𝑜 
Ângulo de decaimento de 15° 
Para os cálculos de dimensionamento, é utilizada a massa específica aparente do material a ser armazenado: 
Para isso é preciso determinar o diâmetro da partícula apartir dos dados experimentais. Diante disso foi feito a determinação do diâmetro médio de sauter,
Onde x é a fração mássica retida em porcentagem e di é o diâmetro de cada prato que a areia ficou retida. Após realizarmos os cálculos no Excel obtivemos um diâmetro médio de 252,03 micrometros.
A massa especifica aparente é definida como a massa dividida pelo volume aparente da partícula ou volume total(Vp), obtido a partir do diâmetro da partícula.
Sendo a massa= 286,73g e o Dp= 252,03 𝜇𝑚
Levando-se em conta as vazões referentes a cada um deles o cálculo envolveu a obtenção primeiramente do diâmetro do silo, utilizando-se para isso o volume real do material, que é o volume útil mais 10% de folga
Sendo assim, obteve-se os volumes de acordo com as fórmulas abaixo:
Sendo Q a vazão em kg/h, Tr o tempo de residência em hora e ρa a densidade aparente em kg/m³.Considerando 1 ano de trabalho,
Considerando que a alimentação do pó ao sistema de armazenamento de produto acabado (silos) seja realizada com a interligação entre um sistema de caçambas que alimenta uma rosca transportadora que alimenta o(s) silo(s) especifique o transportador de caçamba (considere a altura deste equivalente a altura do silo acima calculado adicionando a altura possibilidade de carregamento de um caminhão especifico para transporte de pó a granel (pesquise este equipamento na internet). especifique o tamanho/ diâmetro do transportador e da rosca ( defina passo) e busque especificar a potenciado motor (considere que o pó seco seja proveniente da descarga de uma peneira vibratória instalada na descarga de um sistema de secagem. 
O transportador de caçambas é o transportador ideal para material granular. De maneira geral, trabalha na posição vertical ou com pequena inclinação em relação à vertical. 
O tamanho do transportador de caçambas mais comum (vertical) depende diretamente da altura que se deseja elevar o pó (material sólido). Assim, é a própria altura do silo. Em relação ao diâmetro da polia motora, meio pelo qual há movimento das caçambas.
Já a potência exigida para o acionamento do transportador carregado, além de considerar a capacidade de transporte, deve considerar a altura a que o produto deve ser elevado.
O silo possui altura de 15,14 m e a capacidade de caçamba calculada por: Vazão mássica (ton/h)= capacidade da caçamba (m³/h)*massa específica aparente (kg/m³) / 1000 é 17,717m3/h.
http://www.sinoftm.com/powder_grinding_equipment/bucket_elevator.html.
Fazendo considerações lógicas, obteve-se os seguintes valores: 
Ao aplicarmos a fórmula a potência resultante foi de 0,2255462 cv
Como a potência é menor que 1, deve-se aplicar o fator de correção 2, logo a potência será 0,45 cv. 
O diâmetro mínimo do transportador de rosca é determinado pelo diâmetro máximo da partícula do material a ser transportado, logo mediante aos dados experimentais o diâmetro mínimo será de 905,20 μm, logo assumiremos que o diâmetro do helicóide será de 0,01m.
Especifique a peneira vibratória considerando capacidade instalada e que 10 % dos grossos serão segregados e retornem via big bag para o processo após moagem. 
A partir da capacidade do silo, de 20t/h, admite-se que esta será também a capacidade da saída da peneira. Como há saída de 10% de grossos, logo, por balanço global, tem-se que a capacidade da peneira é de: F=20/0,9= 22,222t/h 
Portanto, ao se procurar pelos fabricantes tal equipamento, temos como balizador tal capacidade, encontramos a peneira retangular da Zenith, de capacidade entre 15-86t/h, tipo 2YK1237, 1200x3700mm, com 2 deck, abertura de alimentação <200mm e 960rot/min. Para o cálculo da capacidade de projeto, optamos por estabelecer até 10% do máximo da capacidade desta peneira. Como o processo trata de um pó fino, sua localização será “ao tempo”, devido ao perigo de explosões. Sua operação será contínua e o peneiramento ocorrerá a úmido, devido ao baixo mesh, menor que 100 .
Elabore um fluxograma de processo indicando a interligação destes equipamentos (peneira / caçamba/ rosca e silos).
	
	FOLHA DE DADOS NÚMERO 
CLIENTE OU USUÁRIO FOLHA de 
ÁREA OU UNIDADE 
	DOPI - UERJ 
	DISCIPLINA: PROJETO 2 CURSO: ENGENHARIA QUÍMICA
	PENEIRA VIBRATÓRIA
	DADOS GERAIS
	ITEM Nº: QUANTIDADE: 01 
	FABRICANTE: 
	SERVIÇO: Secagem do T.A úmido (corrente15). 
	MODELO / SÉRIE:
	MATERIAL: 
	
	
	CARACTERÍSTICAS DO MATERIAL 
	COMPOSIÇÃO 
	DENSIDADE APARENTE 
	UMIDADE 
	TEMPERATURA 
	CONDIÇÕES OPERACIONAIS 
	CAPACIDADE OPERAÇÃO PROJETO 
	OPERAÇÃO CONTÍNUA BATELADA 
	LOCAL DE OPERAÇÃO AO TEMPO ABRIGADO 
	DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA
	NOTAS GERAISORIGINAL 
	REV A 
	REV B 
	REV C 
	REV D 
	REV E 
	DATA 
	
	
	
	
	
	
	EXECUÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	VERIFICAÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	APROVAÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	
	FOLHA DE DADOS 
	Nº 
	
	EMPREENDIMENTO :UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
	FOLHA :01/01
	
	PROGRAMA :IMPLANTAÇÃO DE UMA PLANTA DE PRODUÇÃO
	
	DISCIPLINA: PROJETO 2 CURSO: ENGENHARIAQUÍMICA
	
	UNIDADE :PROTÓTIPO DE 
	
	
SILO DE ARMAZENAMENTO 
	USUÁRIO: UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
	UNIDADE : PROTÓTIPO DE UMA PLANTA DE PRODUÇÃO DE RESINA SAN 
	ÁREA: 01 
	ITEM Nº SL -01/01a QUANTIDADE : 02 
	SERVIÇO : ARMAZENAMENTO DE resina SAN 
	OPERAÇÃO 
	PRESSÃO TEMP. 
	NORMAL ATM MÁX: ATM 
NORMAL 30oC MÁX: 45oC 
	
Desenhar o silo indicando todos os bocais mostrados no fluxograma P&I 
Incluir, a depender das dimensões, bocais reservas e boca de visita 
	PROJETO 
	TEMP. 60oC 
PRESSÃO: CHEIO DE PRODUTO 
	
	RADIOGRAFIA: NÃO 
	
	TRATAMENTO TÉRMICO: NÃO 
	
	EFIC. SOLDAS 
	
	MATERIAIS 
	
	CASCO 
	ESP.MIN. 
CÓDIGO 
	SOBRESP. 
CORROSÃO 
	
	
	METÁLICO 
	
	
	V.NOTA 1 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	TAMPOS
	
	METÁLICO 
	
	
	V. NOTA 1 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	TIPO DE TAMPOS
	
	SUPERIOR - PLANO (SOLTO BIPARTIDO) 
	
	INFERIOR - ABAULADO 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	ACESSÓRIOS FORNECIDOS P/ FABRICANTE 
	
	
	
	CLIPES DE ESCADAS E PLATAFORMAS 
	
	
	
	
	CLIPES E SUPORTES DE ISOLAMENTO 
	
	
	
	
	SUPORTE DE TURCO 
	
	
	
	
	SUPORTES DO VASO 
	X 
	
	
	
	SUPORTES INTERNOS 
	
	
	
	
	
	
	
	
	BOCAIS 
	
	
	
	ITEM
	QUANT
	DIA.
	SERVIÇO 
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	CLASSE DE PRESSÃO: V. NOTA 2 
	
	
	
	FACEAMENTO 
	
	
	
	NOTAS:
AÇO CARBONO COMUM 
OS BOCAIS DEVERÃO SER FLANGEADOS SEGUNDO OS PADRÕES DA ANSI. 
	
	
	REVISÃO No
	1 
	2 
	3 
	4 
	5 
	DATA 
	
	
	
	
	
	EXECUÇÃO 
	
	
	
	
	
	APROVAÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	FOLHA DE DADOS NÚMERO 
CLIENTE OU USUÁRIO FOLHA de 
ÁREA OU UNIDADE 
	
PARAFUSO TRANSPORTADOR / ELEVADOR DE CANECOS 
	DADOS GERAIS
	ITEM Nº: TP-01 QUANTIDADE: 01 
	FABRICANTE: Tisukishima
	SERVIÇO: Transporte do T.A úmido (corrente 15) da centrífuga (SC-01) para o secador rotatório (SR-01) 
	MODELO / SÉRIE:
	ACIONAMENTO: Elétrico POTÊNCIA: ROTAÇÃO: 60 rpm 
	
	MOTOR: 3 Fases ALIMENTAÇÃO: V Retificador controlado com silicone para ajuste de velocidade
	CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO
	MATERIAL TRANSPORTADO: 
	VAZÃO NORMAL: MÁXIMA: 
	INSTALAÇÃO: Abrigado
	OPERAÇÃO: CONTÍNUA
	COMPRIMENTO (2): (a ser fixado posteriormente)
	TEOR DE UMIDADE: 40% de ácido acético (solvente)
	TEMPERATURA DE OPERAÇÃO: : 80º C MÁXIMA: 90º C
	DENSIDADE APARENTE (1) :0,78 DENSIDADE REAL: 1,2
	DUREZA (1) : 73 Rockwell (R)
	DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA (1) :<48 Mesh (76%), 48-80 Mesh (11%), 80-150 Mesh (7%), 150-200 Mesh (3%), 200-250 Mesh (1,3%)
	MATERIAL EM CONTATO COM O PRODUTO A SER TRANSPORTADO: Aço-carbono
	NOTAS GERAIS
	O fabricante deverá prever fornecimento de um funil de admissão inclinado, com silo receptor de entrada com capacidade de 100 litros, aproximadamente.
O fabricante deverá prever um bocal inclinado de saída no transportador. Este bocal deverá acoplar-se com o bocal de entrada do silo de armazenzmento (SL-01), através de um tubo fornecido por terceiros.
	
	ORIGINAL 
	REV A 
	REV B 
	REV C 
	REV D 
	REV E 
	DATA 
	
	
	
	
	
	
	EXECUÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	VERIFICAÇÃO 
	
	
	
	
	
	
	APROVAÇÃO