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LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II ENGENHARIA QUÍMICA

Néstor Alejandro Gómez Puentes 13/09/2011

Eduardo Prado Baston 20/09/2011

Prática 3 - Leito Fixo e Leito Fluidizado

1. Objetivo

Operar o equipamento de leito fluidizado por líquido;

Determinar a partir dos dados experimentais a perda de carga no leito e a

velocidade mínima de fluidização.

2. Teoria

Na indústria química, freqüentemente, são utilizados equipamentos onde um

fluido escoa através de partículas sólidas. Essas partículas sólidas agem como um

obstáculo à passagem deste fluido, ocasionando uma queda de pressão, devido ao

atrito, que aumenta com o aumento da velocidade. Quando se aumenta ainda mais

a velocidade do fluido, os canais de passagem formados pelo mesmo aumentam e

as partículas sólidas ficam mais separadas, iniciando a fluidização do leito de

sólidos.

Os processos de fluidização nas industrias são aplicados principalmente a

processos físicos, tais como: secagem, mistura, granulação, filtração, destilação,

reatores heterogêneos, aquecimento e resfriamento.

3. Metodologia Experimental

3.1. Aparato Experimental

A Figura 1 apresenta um esboço do leito fluidizado por líquido com seus acessórios.

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Figura 1 - Leito Fluidizado. 1) Coluna do leito fluidizado com esferas de vidro, tubo

central de acrílico; 2) sonda de pressão; 3) válvula agulha "D" para a retirada de ar

das linhas de pressão; 4) conjunto moto-bomba; 5) duto de sucção da bomba; 6)

válvula gaveta "E" da linha de recalque da bomba; 7) flange com a tela suporte do

leito de esferas e tomadas de pressão da base do leito, acima da tela de suporte; 8)

válvula agulha "F" da tomada de pressão acima da tela de suporte do leito; 9)

tanque com água; 10) tubo em "U" com tetracloreto de carbono para estudo da

perda de carga do leito; 11) válvula agulha "G" do manômetro com tetracloreto de

carbono e 12) retorno da água para o tanque, ponto de tomada da vazão.

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"E" 4

10

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3.2 - Procedimento Experimental

a. Inicialmente coloque o plugue elétrico na tomada após verificar a voltagem;

b. Coloque no leito uma massa de esferas de vidro entre 150 e 200 g;

c. Ligue a bomba e abra a válvula conectada na saída da mesma (uma vazão

exagerada pode deslocar o fluido do manômetro para fora do mesmo);

d. Retire as bolhas de ar de toda as tubulações e anote a altura da sonda. Para

retirar o ar dos dutos siga o método a seguir:

1. Fixe a sonda de pressão, por exemplo, com a base da sonda a 30 cm

da tela de suporte do leito de esfera;

2. Feche todas as válvulas (ATENÇÃO - as válvulas são de agulha e

necessitam de POUCO aperto para fechar. A válvula "E" é de gaveta;

3. Ligue a bomba;

4. Abra lentamente a válvula "E" até que a água passe pela base da

sonda e preencha totalmente a coluna do leito. Feche a válvula "E";

5. Abra totalmente a válvula "G" do tubo em "U" e abra lentamente a "D"

para retirar o ar dos dutos tomando cuidado para que o tetracloreto de

carbono não saia do tubo em "U". Acompanhe a saída do ar pela base

da sonda;

6. Fecha a válvula "D" e, em seguida, a "G". ATENÇÃO: a válvula "D"

deve ser fechada antes que a "G" para não pressurizar a linha e retirar

o tetracloreto do tubo em "U". Abra a válvula "F" e desligue a bomba.

A unidade está pronta para as medidas da perda de carga do leito e,

para isto, ligue a bomba e abra lentamente a válvula gaveta "E";

7. Após as medidas de pressão em função da vazão abra totalmente a

válvula "G" do manômetro com o tetracloreto antes de desligar a

bomba para que este fluido não saia do tubo em "U".

e. Feche a válvula na saída da bomba e a abra lentamente até a fluidização do

leito;

f. Marque no tubo em "U" do P do distribuidor a diferença de nível do

tetracloreto no ponto que inicia a fluidização. Divida esta diferença de nível

em 3 partes até a vazão zero ( duas vazões com leito fixo e uma no ponto de

início da fluidização). Marque outras duas vazões acima do ponto de início da

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fluidização (perda de carga praticamente constante) e um ponto com as

esferas acima da sonda (queda na perda de carga);

g. Feche a válvula da saída da bomba;

h. Provoque uma vibração no leito (com CUIDADO) para recompactar os

sólidos;

i. Meça para cada um dos seis pontos na operação de expansão do leito

(aumentando-se a vazão):

1) A altura da coluna de tetracloreto de carbono no tubo em "U" do P do

distribuidor (htetra). Meça cada uma das vazões (massa por unidade de

tempo);

2) A altura da coluna de tetracloreto de carbono no tubo em "U" do leito

(P);

3) A altura do leito (L);

4) A temperatura da água.

j. Anote o tipo de fluidização: particulada ou agregativa;

k. Repita as medidas do passo anterior para a contração do leito diminuindo-se

a vazão para obter h'tetra, P' e L';

l. Retire as esferas do leito e determine a altura da coluna de tetracloreto do

tubo em "U" do P di distribuidor para os seis pontos se for de interesse o

estudos do comportamento do distribuidor;

m. Abra totalmente a válvula (G) do manômetro com tetracloreto, desligue a

bomba e esgote a água da unidade;

n. Meça o diâmetro das esferas e o diâmetro interno do leito (Di).

4 - Cálculos e Análise dos Resultados

1. A partir dos dados obtidos, construa:

1.1 A curva da perda de carga do leito (P) em função da velocidade superficial

(u);

1.2 A curva do log P em função de u;

1.3 A curva da altura do leito (L) em função da velocidade superficial (u);

2. Determine, a partir das curvas obtidas nos itens 1, 2 e 3:

2.1 A velocidade mínima de fluidização (umf);

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2.2 A porosidade mínima de fluidização (mf);

2.3 A altura mínima de fluidização (Lmf);

2.4 A perda de carga mínima de fluidização;

2.5 A PMF pelo balanço de forças e pela equação de Ergun;

3. Determine a partir das correlações:

3.1 A velocidade mínima de fluidização (umf);

3.2 A porosidade mínima de fluidização (mf);

3.3 A altura mínima de fluidização (Lmf);

3.4 A perda de carga mínima de fluidização;

3.5 Verifique o tipo de fluidização.

4. Fazer a memória de cálculo e colocar em anexo.

5 - Bibliografia

[1] FOUST, A. S. WENZEL, L. A., CLUMP, C. W, MAUS, L., ANDERSEN, L. B.

Princípios das Operações Unitárias. Segunda edição. LTC, 1982.

[2] McCABE, W., SMITH, J. and HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical

Engineering. 4ª Ed. New York, McGraw-Hill, 1985.