Reator de leito de arraste

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  • Publicado : 5 de abril de 2013
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REATOR DE LEITO DE ARRASTE

FUNDAMENTOS DA FLUIDIZAÇÃO

Para entender o fenômeno da fluidização, imagine uma massa de partículas acomodada sobre uma placa ou tela perfurada, formando um leito de seção transversal circular ou retangular. Agora imagine uma corrente gasosa atravessando esse leito de partículas no sentido ascendente, como se mostra na Figura 1.Figura 1 – Leito de partículas percolado por uma corrente gasosa ascendente

Com uma baixa velocidade do gás, ele escoa nos espaços entre as partículas, sem promover movimentação do material— é uma simples percolação e o leito permanece fixo. À medida que se aumenta a velocidade do gás, as partículas afastam-se e algumas começam a apresentar uma leve vibração — tem-se nesse momento um leitoexpandido. Com velocidade ainda maior, atinge-se uma condição em que a soma das forças causadas pelo escoamento do gás no sentido ascendente igualam-se ao peso das partículas. Nessa situação, em que o movimento do material é mais vigoroso, atinge-se o que se chama de leito fluidizado. À velocidade do gás nessa condição dá-se o nome de mínima velocidade de fluidização, que é a velocidade correspondenteao regime de fluidização incipiente (KUNII & LEVENSPIEL, 1991; GUPTA & SATHIYAMOORTHY, 1999). Continuando-se o processo de aumento da velocidade do gás, a fluidização borbulhante é o regime que se observa após a fluidização incipiente. No caso de partículas de pequeno tamanho, com densidade geralmente menor do que 1,4 g/cm³, ocorre uma expansão considerável do leito antes de surgirem asbolhas que caracterizam a fluidização borbulhante. No caso de partículas mais densas, entre 1,4 g/cm³ e 4 g/cm³, a expansão do leito não vai muito além daquela adquirida na condição de fluidização incipiente e as bolhas já surgem com a velocidade de mínima fluidização (GELDART, 1973; KUNII & LEVENSPIEL, 1991). Em alguns leitos fundos em vasos de diâmetro reduzido surgem “slugs”, grandes bolhasformadas pela coalescência de bolhas menores, cujo diâmetro é equivalente ao diâmetro do leito e movimentam-se num fluxo pistonado. Nesse regime observam-se grandes flutuações na queda de pressão do gás.
A fluidização turbulenta é um regime que antecede a condição de leito de arraste (ou fluidização rápida) e está além da fluidização borbulhante. Sua identificação e caracterização corretas aindasão um desafio. Na fluidização turbulenta, as oscilações de queda de pressão no leito diminuem, pois as grandes bolhas e espaços vazios desaparecem (BI et al., 2000).
O regime seguinte ao turbulento é o de fluidização rápida, que acontece quando a velocidade do gás excede a velocidade terminal de sedimentação das partículas e o material passa a ser arrastado. Com velocidades ainda maiores,suficientes para arrastar todo o material, atinge-se a condição de transporte pneumático. Para operar o sistema nessas condições deve haver uma operação subseqüente de separação gás-sólido. Na Figura 2 mostram-se os tipos de regime de fluidização em função da velocidade do gás e sua queda de pressão ao escoar através do leito de partículas.

Figura 2 - Regimes de fluidização emfunção da velocidade superficial do gás.

O que se chama de fluidização é todo o intervalo compreendido entre a fluidização incipiente e a turbulenta. Uma vez fluidizado, o leito apresenta algumas propriedades semelhantes às de um líquido em ebulição.

REATORES DE FLUIDIZAÇÃO

Reatores de leito fluidizado apresentam vantagens em comparação com outros equipamentos no processamento de reações químicasrápidas, normalmente limitadas pela taxa de transferência de massa entre gás e partículas. Nesses casos, é necessária alta superfície específica para contato gás-partícula e altas velocidades relativas entre gás e partículas (altos coeficientes de transferência de massa). Assim, partículas pequenas envolvidas pelo gás que escoa em alta velocidade, representam a configuração mais favorável....
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