X Congresso Brasileiro de Engenharia Química Iniciação Científica

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1 Blcher hemicl Engineering Proceedings Dezembro de 2014, Volme 1, Número 1 X ongresso Brsileiro de Engenhri Qímic Inicição ienífic Inflênci d pesqis em Engenhri Qímic no desenvolvimeno ecnológico e indsril brsileiro Universidde Federl rl do io de Jneiro Universidde Severino Sombr Vssors J Brsil EFEITO DA INSEÇÃO DE HASTES DE META NO ENTO DO HIDOIONE NA SUPESSÃO DO AI OE JOAQUIM M. SIVA 1, UAS. OIVEIA 1, J.. MOGNON 2, AOS H. ATAÍDE 3* 1 Alno d FEQ/UFU 2 Mesrndo d FEQ/UFU 3 Professor d FEQ/UFU Fcldde de Engenhri Qímic Universidde Federl de Uberlândi Endereço UFU, Av. João Nves de Ávil, 2121, Bloco 1K, EP , MG, * e-mil: chide@f.br ESUMO O presene rblho eve como objeivo vlir o efeio d presenç de hses de mel n spressão do fenômeno denomindo de ir core. A presenç desse núcleo gsoso (ir core), em decorrênci de m região de bix pressão no eixo cenrl do seprdor, ger perds de eficiênci do hidrociclone. om o objeivo de bscr nerlizr ess redção de eficiênci, form inslds hses de mel no inerior do hidrociclone, onde ocorre o efeio do ir core. Form condzidos diversos experimenos de seprção em hidrociclones, com hse de 3 e 4 mm de diâmero e os resldos obidos form confrondos com eses sem presenç de hses. Os ensios de seprção form relizdos ns pressões de 25, 30 e 35 psi. Plvrs chve: nderflow, vzão, enrção. 1 INTODUÇÃO 1.1 Uso do Hidrociclone É comm nos processos indsriis exisênci de diverss operções de seprção sólido-líqido. om ese fim, commene iliz-se m eqipmeno conhecido como hidrociclone. A plicção indsril de l eqipmeno começo por vol do finl d décd de 40, inicilmene ns indúsris de exrção e processmeno minerl. Desde enão, s ilizção foi difndid, sendo lmene m eqipmeno de seprção bsne sdo ns indúsris qímic, peroqímic, melúrgic, denre ors. O fo d mpl presenç des ecnologi no seor indsril deve-se fndmenlmene, o mnho redzido qndo comprdo com oros ipos de seprdores, sênci de pres móveis, bixo cso de inslção e operção e principlmene s flexibilidde opercionl. 1.2 Fncionmeno A misr de líqidos o sólido/líqido é limend ngencilmene n câmr cilíndric gerndo m escomeno helicoidl qe form m cmpo cenrifgo dirigindo s prícls (o líqido) mis denss n direção d prede inern do eqipmeno, n região cônic, o flido sofre m resrição de escomeno sendo qe pre desse é direciondo pel síd sperior (overflow) onde se enrm s prícls de menor diâmero o menor densidde, enqno qe o flxo jno prede é coledo pel síd inferior (nderflow).

2 1.3 evisão Bibliográfic A inserção de hses no inerior de hidrociclones em sido esdd e descri por diversos ores, denre eles pode-se descr o rblho de SIPIYA (2012) e HU (2000). Esses ores relrm menos significivos ns eficiêncis de seprção e redção do diâmero de core rvés d inserção de m hse meálic sólid o longo do corpo do hidrociclone, com o objeivo principl de sprimir formção do núcleo de r denomindo ir core. Segndo os ores cidos jsificiv pr l melhori de desempenho se fndmen n esbilizção ds linhs de correne no inerior do hidrociclone, endo-se em vis qe presenç do ir core em cráer lmene rbleno e insável. Os ores observrm mbém m redção considerável ns velociddes rdil e xil jnmene com m meno d velocidde ngencil n região cônic do hidrociclone. Esse efeios podem explicr m mior recperção ds prícls (principlmene se rndo d frção mis fin dess). 1.4 Objeivo Devido o escomeno helicoidl no inerior do eqipmeno e formção de m grnde grdiene de pressão n direção ds predes inerns, e conseqene níveis de pressão bsne bixos no eixo cenrl do escomeno, ocorre formção de m núcleo gsoso cenrl denomindo ir core. O diâmero de cd hse não pode ser próximo do diâmero inerno do nderflow, fo qe gerri m redção exgerd n eficiênci de cole. O objeivo do esdo é nlisr o efeio d pressão de limenção e d inserção de hses meálics, de diferenes diâmeros no inerior de m hidrociclone, com o propósio de nlr o efeio do ir core. 2 MATEIAIS E MÉTODOS Os principis componenes dess nidde enconrm-se lisdos segir: 1. Hidrociclone; 2. Mnômero digil; 3. Tblção pr overflow; 4. Moor do gidor; 5. Bomb cenrifg de 10 cv; 6. Qdro elérico; 7. Medidor de vzão (oriolis); 8. Plc de qisição de ddos; 9. Agidor; 10. Serpenin pr resfrimeno; 11. Válvls do ipo gve; 12. Unidde de refrigerção; Figr 1 Unidde de hidrociclongem. 2.2 Hidrociclone O hidrociclone ilizdo nos experimenos consise em m geomeri bsed no hidrociclone fbricdo pel empres Derrick (lmene ilizdo como dessildor no conrole de sólidos d perfrção de poços de peróleo e gás), fbricdo em polireno em menor escl (1:3) com relção o comercil. O dimensionmeno do hidrociclone ilizdo é presendo n Figr 2 com dimensões em milímeros. 2.1 Unidde Experimenl Um esqem d nidde experimenl ilizd nese rblho, mond no borório d Unidde Avnçd de Pesqis d Fcldde de Engenhri Qímic d Universidde Federl de Uberlândi, enconrse n Figr 1.

3 9(nove) experimenos, conforme mosr Tbel 1. Tbel 1 Hses e pressões. Ensio Diâmero d hse (mm) 1 Sem hse 25 2 Sem hse 30 3 Sem hse Figr 2 Dimensões do hidrociclone. 2.3 Meril Pricldo Pr os ensios ilizo-se ág indsril conendo m qnidde de 1% (em volme) de roch fosfáic fin. A grnlomeri do meril em qesão foi obid rvés do méodo de difrção de rio lser (Msersizer 2000) e é presend n Figr Meodologi Experimenl A meodologi ilizd n preprção dos ensios e nálise dos resldos é descri segir: Preprção d sspensão conendo 160 liros de ág e cerc de 5 kg de roch fosfáic. Mnenção d mesm sobre consne gição de modo evir sedimenção de prícls grosss. Ajse d pressão de limenção rvés de sisem de conrole proporcionl copldo o inversor de freqênci d bomb. Medição ds vzões mássics d lm ns correnes de nderflow e overflow por grvimeri. ole em dplic de mosrs ds correnes de nderflow e overflow, segid por secgem em esf 105º por 24 hors. A emperr dos experimenos foi coninmene verificd, se sindo enre fix de 28 à 35º. 3 ESUTADOS E DISUSSÃO Figr 3 Grnlomeri do meril pricldo. 2.4 Plnejmeno Experimenl As vriáveis selecionds pr o esdo de eficiênci de seprção form pressão de limenção e o diâmero d hse inserid. No esdo emprego-se 3(rês) níveis de pressão à enrd do hidrociclone, e os ensios form relizdos sem e com hse, olizndo 3.1 Prâmeros Os prâmeros seleciondos pr deerminção ds condições óims de operção são presendos segir: Eficiênci ol de seprção ( E ): W E (%) (1) W

4 zão de líqido ( ): W(1 ) W (1 ) pcidde enrdor ( ): (2) (3) 3.2 Ddos oledos Os segines ddos form coledos sndo 3(rês) mosrs por pono e com dplic do pono cenrl. Sege Tbel 2 com os ddos compleos: Tbel 2 Ddos coledos P D h V E (psi) (mm) (g/s) ,5 5,48 75,35 9, ,7 5,44 76,35 9, ,9 5,45 76,89 9, ,7 5,81 75,30 9, ,1 6,72 76,69 8, ,7 6,48 77,01 8, ,2 6,90 77,24 8, ,5 6,67 77,04 8, ,6 6,48 77,57 8, Análise dos esldos A segir são presends s sperfícies obids rvés do jse mlivriável (nlisndo os efeios isoldos e de ierção enre s vriáveis independenes) dos ddos presendos n Tbel 2. Os jses e sperfícies presendos form obidos com xílio do sofwre STATISTIA. Eficiênci ol de seprção: A sperfície de respos jsd rvés dos ddos experimenis ( 2 de 0,9326) é presend n Figr 4. Pode-se observr m meno n eficiênci pr menores diâmeros de hse, sendo esse efeio menos significivo ls pressões. A pressão cs, em gerl, m meno n eficiênci de cole, s inflênci se orn mis significiv à medid qe hses de mior diâmero form ilizds. Eficiênci ol (%) 0,780 0,775 0,770 0,765 0,760 0,755 0, Diâmero hse (mm) Figr 4 Eficiênci ol. > 0,77 < 0,768 < 0,763 < 0,758 < 0,753 zão de líqido: A sperfície de respos jsd por meio dos ddos experimenis ( 2 de 0,8806) é presend n Figr 5. No-se m redção relevne n rzão de líqido pr m mior diâmero de hse, m porcengem menor nos ger m mior enrção de sólidos no nderflow, já pressão não em inflênci significiv nese speco. zão de líqido (%) 7,2 7,0 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0 5,8 5,6 5,4 5,2 5,0 4,8 0, 0 0, 5 1, 0 D h (mm) > 7 < 6,9 < 6,5 < 6,1 < 5,7 < 5,3 Figr 5 zão de líqido pr diferenes hses e pressões. pcidde enrdor: A sperfície de respos jsd prir dos ddos experimenis ( 2 de 0,8806) é presend n Figr 6. Os ddos mosrrm m meno d enrção d correne de nderflow qndo inserids s hses, no enno deve-se observr o nível de obsrção do do inferior de modo evir enpimenos (plgging).

5 0,32 0,31 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 > 0,31 < 0,305 < 0,295 < 0,285 < 0,275 < 0,265 < 0,255 Vibrção ds hses: Um delhe imporne sobre s hses é s rigidez, devido l rblênci no corpo do hidrociclone. Esse problem é mior em escls redzids e pr evir vibrção, pressão d limenção foi incremend com longs pss é se chegr ns condições de operção. 0,25 0,24 D h (m m ) Figr 6 pcidde enrdor em relção ás hses e ás pressões. Vzão: A sperfície de respos jsd rvés dos ddos experimenis ( 2 de 0,9987) é presend n Figr 7. Pode-se observr qe vzão sofre poc inflênci d presenç d hse, no enno, pode-se nor m peqeno meno n cpcidde do eqipmeno dodo de hses de mior diâmero. A pressão, como esperdo, em fore inflênci, de form proporcionl, n cpcidde do eqipmeno. Vzão (g/s) D h (mm) > 300 < 294 < 284 < 274 < 264 < 254 Figr 7 Vrição d vzão em relção ás hses e ás pressões. 3.4 Vriáveis elevnes Temperr: Uilizndo-se m hidrociclone em escl redzid ls qeds de pressão, se fez necessário m sisem de refrigerção pr o conrole d emperr. Teses preliminres mosrrm qe emperr de operção cheg níveis los (55º) devido à dissipção rblen no eqipmeno, efeio ese remedido pelo so do sisem cido. 4 ONUSÕES Ambs s hses gerrm m perd de eficiênci ol no hidrociclone, ms em compensção iverm meno significivo n cpcidde enrdor, mosrndo qe spressão do ir core em efeio significivo sobre flidodinâmic do hidrociclone. Além disso cpcidde de processmeno do eqipmeno meno considervelmene com inserção ds hses, o qe lev crer qe os níveis de rblênci no inerior do hidrociclone enhm sido redzidos. 5 NOMENATUA : enrção mássic de limenção [ ] : cpcidde enrdor [ ] : enrção mássic do nderflow [ ] D : diâmero ds hses [mm] h E : eficiênci ol [ ] P : pressão [psi] : rzão de líqido [ ] V : vzão [g/s] W : vzão mássic d limenção [g/s] W : vzão mássic do nderflow [g/s] 6 EFEÊNIAS HU,., HEN, W., EE, X. (2000), Effec of srcrl modificion on hydrocyclone performnce. Seprion nd Prificion Technology, Vol. 21, p SIPIYA,., SUESH, N., HANDA,S., BHATTAHAJEE, D. (2013), The effec of dimeer nd heigh of he insered solid rod in dense medim cyclone o sppress ir core. Minerls Enginnering, vol, 42, p. 1-8.