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...
'
v
mf
• Predição....
Fr 
g .D p
• Se Fr < 1 fluidização partículada;
• Se Fr > 1 fluidização agregativa
Fluidização
Variação da altura e da pressão ao longo do
leito ...
Fluidização
relação entre altura do leito e
porosidade
L1 A(1   1 )  L2 A(1   2 )
peso aparente das partículas
no leito...Lmf.A...
Fluidização
Queda de pressão e peso aparente do leito...
(P) A  Lmf .A.(1   mf ).( P   ).g
..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...
Fluidização
A relação se aplica somente para o leito
fluidizado...
(P)
 (1   mf )  (  P   )  g
Lmf
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...
P
.v (1   )
.(v ) (1   )
 150. 2 2

1
,
75
.
3
3
L
 S Dp 
 S Dp 
'
2
' 2
Fluidização
• Como a variação de pressão em função
da altura do leito é...
(P)
 (1   mf )  (  P   )  g
Lmf
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
1,75.
D  (v ) 
2
p
'
2 2
mf
3
2
S mf
 
 150.
(1   mf ) Dp  v 
'
mf
 
2 3
S mf
e o número de Reynolds ...

D  ( p   ) g
3
p

2
0
Fluidização
número de Reynolds...
N Re,mf 
D p  vmf'  

equação para a determinação da velocidade
mínima ...
1,75.
( N Re,mf )

3
S mf
2
 150.
(1   mf ) N Re,mf

2 3
S mf

D  ( p   )g
3
p

2
0
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. ..
1,75.
( N Re,mf )

3
S mf
2
 150.
(1   mf ) N Re,mf

2 3
S mf
Substituindo na equação temos

D  ( p   )g
3
p

2
0
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....”
S 
3
mf
1

14
(1   mf )
 
2
S
3
mf
 11
Fluidização
“Esta equação aplica-se a números de
Reynolds na faixa de 0,001 a 4000 com
uma variação média de 25%...”
N Re,mf

D  ( p   )g 
2
 (33,7)  0,0408

2



3
p
1/ 2
Na literatura encontram-se um conjunto
extenso de equações ....
 33,7
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 forma
E - Caso adicionarmos mais 300 kg de sólidos ao
leito, qual é a velocidade mínima de
fluidização.
Fluidização