OPERAES UNITRIAS NA INDSTRIA QUMICAII

Prof Dr Lisete Cristine Scienza

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OPERAES UNITRIAS DE Q. MOVIMENTOMaterial/ objetivo Transporte Mistura Separao Modificao de tamanho

Fluidos: lquidos e gases

Bombeamento Ventilao Compresso

Agitao e Misturas

Centrifugao(LL)

Atomizao

Fluidos e slidos

Transporte Pneumtico Transporte hidrulico Perda de presso em leitos empacotados Transporte Mecnico de slidos

Fluidizao Suspenso de slidos em lquidos (agitao)

Filtrao (L-S) Centrifugao (L-S) Sedimentao (L-S) Separao pneumtica(G-S)

Prensagem

Slidos

Misturadores de slidos

Peneiramento

Moagem

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INTRODUOA agitao o centro de um grande nmero de processos industriais em diversas reas, tais como minerao, alimentos, petrleo, produtos qumicos e farmaceuticos, tratamento de efluentes e muito outros. A operao de agitao deve ser analisada de modo a considerar a etapa crtica do processo em estudo. Na cristalizao, por exemplo, os parmetros importantes so o nvel de supersaturao, o calor transferido associado ao controle de temperatura, a suspenso de cristais, a taxa de crescimento e a nucleao secundria.3

Classificao dos processos de agitao quanto a aplicao Aplicao Lquido-slido Lquido-gs Lquidos imiscveis Lquidos Miscveis Movimentao de fluidos Processamento Fsico Suspenso Disperso Emulso Mistura Bombeamento Processamento Qumico Dissoluo Absoro Extrao Reao Transferncia de calor

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Misturador 400 L, eletropolimento interno, encamisado, para Ind. Farmacutica.

Misturador com camisa 3000 L, em ao inox, para Ind. Qumica.

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AGITAO E MISTURA Agitao => Refere-se ao movimento induzido de um material em forma determinada, geralmente

circulatria, dentro de um recipiente. Pode-se agitar uma s substncia homognea. Mistura => Movimento aleatrio de duas ou mais fases inicialmente separadas. A mistura de fluidos em vasos agitados uma para das mais importantes qumicas, e de6

operaes bioqumicas, alimentos.

unitrias

indstrias

farmacuticas,

petroqumica

OBJETIVOS - Misturar lquidos miscveis; - Disperso de lquidos imiscveis; - Dispersar um gs num lquido - Promover transferncia de calor; - Promover transferncia de massa; - Reduzir aglomerados de partculas; - Acelerar reaes qumicas. - Obter materiais com propriedades diferentes daquelas do material originrio; - Aquecer ou resfriar solues.7

aerao;

1. PROPRIEDADES QUE INFLUENCIAM NA MISTURA. - Do fluido : viscosidade ( ), massa especfica (), miscibilidade. - Do slido : tamanho, massa especfica do slido (s), forma, rugosidade e molhabilidade

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2. MISTURA DE LQUIDOS. Os sistemas de mistura apresentam em comum: - Lquido a ser misturado (agitado); - Vaso que contm o lquido; - Equipamento mecnico que gera a turbulncia.

Mistura de lquidos e materiais pouco viscosos. Mistura de pastas. Lquido qualquer soluo ou suspenso bombevel.

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Os componentes para a agitao de lquidos so: - vaso: fundo arredondado (evita pontos sem mistura); - motor; - redutor de velocidade; - haste ou impulsor; - dificultores (opcional); - termmetro (opcional); - ponto de amostragem.

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a ) B a te la d a - U s a d o s p a ra m a te ria is v is c o s o s , p l s tic o s e s lid o s . S o p o n to s im p o rta n te s . - T e m p o p a ra o b te n o d o re s u lta d o d e s e ja d o . - F a c ilid a d e e ra p id e z d e d e s c a rg a e lim p e z a . - C o n s u m o d e e n e rg ia .

b ) C o n tn u o s - P a ra g a s e s , lq u id o s d e b a ix a v is c o s id a d e e s u s p e n s e s .

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ALGUNS EXEMPLOS DE USO DE TANQUES AGITADORES: dissoluo de acar, amido, sal, cidos, etc. dissoluo acar, disperso de hidrognio em reatores de hidrogenao de dispers hidrog hidrogenao gorduras. circulao de lquidos em tanque de fermentao circulao l fermentao tanque de tratamento trmico de laticnios t latic tanques de extrao extrao tachos de cozimento tanques de reteno de produto em processamento reteno tachos de mistura para preparao de sorvetes preparao tanques de recirculao de salmouras para refrigerao recirculao refrigerao tanques de aerao para tratamento biolgico de resduos aerao biol res lquidos tanques de lavagem de material misturadeiras e amassadeiras de pastas e massas para purificao purificao suspenso de slidos sedimentados para facilitar seu arraste suspens s 12 por bombeamento, etc.

3. PADRES DE FLUXOO movimento do fluido, ou padro de fluxo, em um tanque agitado depende do tipo de rotor selecionado, das caractersticas do fluido, tamanho e propores do tanque (geometria), dos inibidores de vrtices ("baffles") e do agitador. A velocidade do fluido em qualquer ponto do tanque possui trs componentes : O primeiro componente de velocidade radial e atua na direo perpendicular ao eixo do rotor. O segundo componente longitudinal e atua na direo paralela ao eixo do rotor. O terceiro componente tangencial ou rotacional e atua na direo tangente, o que propicia um movimento circular ao redor do rotor.13

PADRES DE FLUXO

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a) Escoamento axial - So aqueles cujas ps fazem um ngulo menor que 90 com o plano de rotao do impulsor. Ex: hlices, turbinas de ps inclinadas.

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b) Escoamento radial. - Tem suas ps paralelas ao eixo de rotao. Este fluxo perpendicular a parede do tanque. Ex: turbina, ps, ncora, grade.

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c) Escoamento tangencial - Este fluxo atua na direo tangente, o que proporciona um movimento circular ao redor do rotor.Em alguns casos a componente tangencial desvantajosa, pois tem uma trajetria circular e cria um vrtex na superfcie, no possibilitando a mistura longitudinal entre os nveis.

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4. FORMAO DO VRTICE. - Produzido pela ao da fora centrfuga que age no lquido em rotao, devido componente tangencial da velocidade do fluido. - Geralmente ocorre para lquidos de baixa viscosidade (com agitao central).

Maneiras de evitar o vrtice: - descentralizar o agitador; - inclinar o agitador de 15 em relao ao centro do tanque; - colocar o agitador na horizontal; - usar dificultores.19

Dificultores:a) Prximo parede para lquidos de baixa viscosidade. b) Afastados da parede para lquidos de viscosidade moderada. c) Afastados da parede e inclinados para lquidos de alta viscosidade. d) Geralmente so usados 4 dificultores com largura de 1/10 1/12 do dimetro do tanque para solues de baixa viscosidade. e) Para solues viscosas so colocados afastados das paredes. f) Geralmente afastamento de 1/2 da largura, a fim de evitar acmulo de slidos atrs das lminas. g) Geralmente utilizados para: Re > 10.00020

5.ALGUMAS DESCRIES IMPORTANTES:Propulsores ou hlices: dirigem o fluido para o fundo do tanque, onde a corrente se espalha radialmente em todas as direes e sobe ao longo da parede do tanque retornando zona de suco do rotor. So utilizados quando so necessrios grandes correntes verticais. Ps: fornecem um bom fluxo radial no plano do rotor, mas no fornecem fluxo vertical, sua principal limitao. No servem por exemplo para manter slidos suspensos. Turbina: movimentam o fluido radialmente contra a parede do tanque onde a corrente se divide. Uma parte se dirige ao fundo e volta ao centro do rotor enquanto a outra sobe em direo superfcie e retorna ao rotor por cima (zona de suco). So geradas duas circulaes distintas. Desenvolvem excelente fluxo radial e bons fluxos verticais. Mostram-se eficientes na mistura de lquidos de mesma gravidade especfica. Em tanques cilndricos verticais a profundidade do lquido deve ser igual ou maior ao dimetro do tanque. Se necessrio profundidades maiores so montados dois ou mais rotores no mesmo eixo.21

Draft tubes: adicionam atrito ao fluido e para uma dada potncia de entrada a taxa de circulao reduzida, deste modo so utilizados somente em casos especficos. O retorno do fluxo para o rotor ocorre em todas as direes. Embora isto no seja uma limitao, quando se deseja que a direo e a velocidade do fluxo em direo a suco do rotor so utilizados "draft tubes". So freqentemente utilizados para alto cisalhamento (por exemplo: emulses). So montados em posies diferentes em funo do tipo de rotor: acima das turbinas e em torno de propulsores/hlices. Chicanas (inibidores de vrtice, dificultores): so tiras perpendiculares parede do tanque, geralmente quatro tiras so suficientes, que interferem no fluxo rotacional sem interferir no fluxo radial e axial.22

Movimento do fluido em tanques agitados com chicanas e "draft tubes

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6. TIPOS DE AGITADORES OU IMPULSORES

HlicesUtilizada geralmente para agitao de fluidos de baixa viscosidade ( < 50 cP); maior circulao que uma turbina; Uso: suspenso de slidos, mistura de fluidos miscveis. Utilizada para transferncia de calor. No fornece tenso de cisalhamento. Di