FLUIDIZAÇÃO
FLUIDIZAÇÃO
Características do processo:
Proporciona a circulação de sólidos juntamente com um fluido - gás ou líquido...
Impede a existência de....
1 - gradientes de temperatura,
2 - pontos muito ativos ou de regiões estagnadas no leito;
proporciona maior contato superficial entre sólido e fluido, favorecendo a transferência de massa e calor....
FLUIDIZAÇÃO
• A eficiência depende em primeiro lugar do conhecimento da velocidade mínima de fluidização.
• Possibilidades...
1 – v < vmf Não fluidização (Leito Fixo)
2 - v >>> vmf os sólidos são carregados para fora do leito.
(Transp. Pneumático)
FLUIDIZAÇÃO
Aplicações de leitos fluidizados
Reações Químicas;
A.Catalíticas B.Não Catalíticas - Homogêneas - Heterogêneas
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FLUIDIZAÇÃO.... Aplicações...Contato Físico; Transferência de Calor
Mistura de Sólidos Mistura de Gases Secagem de Sólidos ou Gases Acreção Cominuição Classificação de Sólidos
Adsorção- Dessorção Tratamento Térmico Recobrimento
FLUIDIZAÇÃO
Aplicações na indústria de alimentos ...
• sistemas de torrefação de café
• secagem e congelamento de alimentos
• recobrimento de doces, pastilhas, etc;
• sistemas de microencapsulação,
• misturadores.
Fluidização
Vantagens....• Comportamento dos sólidos similar a líquidos,
pois permite operações contínuas controladas automaticamente;
• Rápida mistura dos sólidos fazem condições dentro do leito serem isotérmicas (rápida troca de calor);
• Circulação de sólidos entre 2 leitos possibilita transportar vasta quantidade de calor produzida;
Fluidização
Vantagens... (cont.).
• Adapta-se bem para operações em larga escala;
• T.M. e T.C. entre gás e partículas são altas, comparada a outros modos de contato;
• T.C. entre leito fluidizado e objetos imersos é alta.
Fluidização
Desvantagens...
A descrição do escoamento do gás é complexa...
Os sólidos quebram-se e são arrastados pelo gás;
Observa-se uma erosão da tubulação e dos vasos pela abrasão de partículas ....
Fluidização
• No escoamento ascendente, quando o arraste de fricção sobre as partículas à queda de pressão (ΔP) torna-se igual ao peso aparente das partículas no leito, as partículas se arranjam dentro do leito de forma a oferecer menor resistência ao escoamento e o leito começa se expandir ...
Fluidização- leitos fluidizados transmitem forças hidrostáticas...- sólidos menos densos flutuam mais próximos a
superfície...
Fluidização
fluidização por gás ou líquido...
baixas vazões
Gás = Líquido
Fluidização
Fludização com líquido:
O leito expande com o aumento da velocidade do líquido
Fluidização com gás:
Só é uniforme nas baixas vazões
Fluidização
• Tipo de fluidização ...
fluidização partículada - há uma expansao uniforme...
• fluidização é agregativa - há formação de duas fases...
• Predição....
• Se Fr < 1 fluidização partículada; • Se Fr > 1 fluidização agregativa
p
mf
Dg
vFr
.
'
Fluidização
Variação da altura e da pressão ao longo do leito ...
Fluidizaçãorelação entre altura do leito e
porosidade
peso aparente das partículas no leito...Lmf.A...
)1()1( 2211 ALAL
Fluidização
Queda de pressão e peso aparente do leito...
..quando o arraste de fricção sobre as partículas à queda de pressão (ΔP) torna-se igual ao peso aparente das partículas no leito...
... a força correspondente a queda de pressão multiplicada pela área de secção transversal deve ser igual a força gravitacional exercida pelas partículas menos a força de empuxo correspondente ao fluido de deslocamento...
gALAP Pmfmf ).).(1.(.)(
Fluidização
A relação se aplica somente para o leito fluidizado...
gL
PPmf
mf
)()1()(
Fluidização
Velocidade mínima de fluidização... diferenças entre velocidades medidas e calculadas • Canalizações: (força de arraste sobre sólidos se torna
menor);• Ação de forças eletrostáticas ex.: fluidização de areia
por gás; • Aglomeração de partículas, quando pequenas
partículas estão presentes se aglomerando;• Fricção do fluido nas paredes do leito, quando o
diâmetro do leito é pequeno;• Efeito de parede.
Fluidização
Velocidade mínima de fluidização...
Usa-se o fator de forma esférico (Φs) nas equações...
razão da área superficial de uma esfera que possui o mesmo volume da partícula e sua área superficial..(Ase/ Asu)
para uma esfera Φs=1
Na equação de Ergun... Dp => ΦsDp
Fluidização
Equação de Ergun...
3
2'
3
2
22
' )1().(.75,1
)1(..150
pSpS D
v
D
v
L
P
Fluidização
• Como a variação de pressão em função da altura do leito é...
gL
PPmf
mf
)()1()(
Fluidização
Utiliza-se a equação de ERGUN... da para calcular a velocidade mínima de fluidização v’mf
Substitui-se: v’ por v’mf
ε por εmf
L por Lmf
Assim, igualando as duas relações de variação de pressão por altura do leito, temos ....
Fluidização
Eq. para determinação de v’mf
e o número de Reynolds ...
0)()1(
.150)(
.75,12
3
32
'
23
22'2
gDvDvD pp
mfS
mfpmf
mfS
mfp
Fluidização
número de Reynolds...
equação para a determinação da velocidade mínima ...
'
Re,mfp
mf
vDN
0)()1(
.150)(
.75,12
3
32
Re,
3
2Re,
gDNN pp
mfS
mfmf
mfS
mf
Fluidização
NRe,mf < 20 ( partículas pequenas) o primeiro termo da equação pode ser desprezado...
NRe,mf > 1000 (partículas grandes) o segundo termo pode ser desprezado. ..
Substituindo na equação temos
0)()1(
.150)(
.75,12
3
32
Re,
3
2Re,
gDNN pp
mfS
mfmf
mfS
mf
Fluidização
Equações para estimativas de velocidade...
“Se os valores de εmf e/ou o fator de forma Φs não são conhecidos as relações abaixo são validas para um conjunto extenso de sistemas....”
14
13 mfS 11)1(
32
mfS
mf
Fluidização
“Esta equação aplica-se a números de Reynolds na faixa de 0,001 a 4000 com uma variação média de 25%...”
Na literatura encontram-se um conjunto extenso de equações ....
7,33)(
0408,0)7,33(
2/1
2
32
Re,
gD
N ppmf
Fluidização
Exemplo: Partículas sólidas com 0,12mm, densidade de 1000 kg/m3 e fator de forma 0,88 são fluidizadas com ar a 2 ATM a 25oC. A porosidade nas condições de fluidização (εmf) é de 0,42.
Propriedades do ar a 2 ATM e 25oC.
Viscosidade = 1,845 x 10-5 Pa.s
densidade = 2,374 kg/m3
Fluidização
A - Considerando que a seção transversal do leito tem 0,3 m2 e contem 300 kg de sólidos, determine a altura mínima do leito.
B - Qual é a queda de pressão nas condições mínimas de fluidização
C - Qual é a velocidade mínima de fluidização D - Determine a velocidade considerando que não
é informada a porosidade e o fator de formaE - Caso adicionarmos mais 300 kg de sólidos ao
leito, qual é a velocidade mínima de fluidização.
Fluidização