Fenômenos de Transporte III. Aula 12. Prof. Gerônimo

Transcrição

1 Fenômeno de Tranporte III ula Prof. erônimo

2 Determinação do diâmetro da torre de recheio Na determinação do diâmetro de uma torre de aborção recheada e irrigada por uma determinada vazão de líquido, exite um limite uperior para a vazão de gá de alimentação. velocidade do gá correpondente a ete limite é chamada de velocidade de inundação (Flooding). velocidade de inundação etá com P/z entre,0 e,0 in H O/ft recheio. queda de preão ao longo da coluna (P/z) depende da velocidade ou fluxo do gá (Figura ); Com o aumento da velocidade do gá, ocorre o retardamento ao ecoamento do líquido em contracorrente; O líquido começa a ficar retido na coluna diminuindo a área da eção da coluna diponível ao fluxo do gá; O aumento contínuo do fluxo de gá conduzirá à inundação da coluna; O fluxo do gá deve etar entre 40-80% da velocidade de inundação para que ito não ocorra.

3 og (P/z) Perda de carga em coluna de enchimento Ponto de inundação I I I Ponto de carga C C C Figura og

4 Perda de carga em coluna de enchimento Para um dado valor de, a perda de carga é maior quando e alimenta líquido do que no cao de enchimento eco porque uma parte da eção diponível para ecoamento do gá é agora ocupada pelo líquido que dece pelo enchimento. Se a vazão de líquido for mantida contante, verifica-e que a perda de carga continua variando aproximadamente com a potência,8 da vazão de gá. Para outra vazõe de líquido, outra reta erão obtida, cada uma com coeficiente angular da ordem de,8, como indica a Figura. Para cada valor de, e a vazão for aumentando progreivamente, um certo ponto C erá atingido, a partir do qual a perda de carga começa a variar rapidamente com. Ee ponto á chamado ponto de carga, endo notado apena por uma quebra na reta que repreenta P/z em função de para fixo. Se a vazão de gá continuar aumentando, a retenção de líquido erá cada vez maior e uma egunda quebra aparece na curva. É o ponto de inundação. gora uma érie de alteraçõe podem er obervada: ) uma camada de líquido, atravé da qual o gá borbulha, pode aparecer no topo do enchimento; ) o líquido pode encher totalmente a torre e a ituação e altera totalmente, poi o gá, que era uma fae contínua, paa a borbulhar atravé do líquido que então contituía a fae contínua; ) bola de epuma podem ubir pelo enchimento. 4

5 Determinação do diâmetro da torre de recheio O fluxo ou velocidade de inundação pode ainda er obtida por meio gráfico baeada na correlação de Sherwood. Nete gráfico, a abcia é calculada à partir do fluxo de proceo (líquido e gá) e a ordenada à partir do ponto de inundação correpondente. O fluxo de operação para o gá, em princípio, deve er calculada pela otimização da torre. É comum, em função da experiência do projetita, utilizar-e o critério de arbitrar uma certa porcentagem do fluxo de inundação para o fluxo de operação do gá. Ito porque, para vário itema ete fluxo calculado excede o fluxo de inundação. À eguir, é apreentado o gráfico da correlação de Sherwood. 5

6 Perda de carga P in de HO ft de recheio bcia : Ordenada : C F 0, 6

7 Doi importante parâmetro podem er determinado a partir da figura: () O diâmetro da coluna ou torre (D T ); (B) queda de preão por unidade de altura de enchimento (P/z). P/z depende: vazão, denidade, vicoidade do líquido e do gá e do tipo de enchimento 7

8 bcia : Ordenada : C F 0, Propriedade Símbolo Unidade Inglea Unidade étrica Fluxo do gá b/ft. Kg/m. Fluxo do líquido b/ft. Kg/m. Denidade do gá b/ft Kg/m Denidade do líquido b/ft Kg/m Vicoidade cinemática do líquido = / Centitoke Centitoke Fator de converão C,0 0,764 Fator de recheio F Tabelado Tabelado Centitoke (cst) = 0,0 cm / Centipoie (cp) = 0,0 Poie (P) = 0,0 g/cm. = 0,00 kg/m. g/cm = 6,478 lb/ft 8

9 Caracterização do recheio - o recheio é caracterizado pelo diâmetro nominal (d), área epecífica (a) e poroidade (). É repreentado por F na tabela a eguir: Fator de Recheio ( F ) 9

10 Correlação empírica para a queda de preão em leito molhado Quando a operação da torre etá abaixo da região de retenção dinâmica de líquido, eva (95) propõe a utilização da eguinte correlação: ΔP z γ / 0 eva,. Tower Packing and Packed Tower Deing. U.S. Stoneware, kron, Ohio, 95 eva,. Chem. Eng. Progr. Symp. Ser., 50(0), 5-59, 954 P = variação de preão, lbf/ft (Pf) z = altura do recheio, ft, = contante para cada tipo de recheio (Tabela) = vazão máica uperficial da água, lb/h.ft = maa epecífica da água, lb/ft 0

11 Tabela: Contante para queda de preão em torre de recheio Tipo de Recheio x0 8 x0 ( lb/h.ft ) néi Rachig ½ in 9 7, ¾ in 4, in 4, ½ in 4, in, Sela Berl ½ in 60, ¾ in 4, in 6, ½ in 8, Sela Intalox in, ½ in 6, Fonte: eva,. Chem. Eng. Progr. Symp. Ser., 50(0), 5-59, 954

12 Obtenção do ponto de operação a partir da correlação de Sherwood (gráfico): - Determinar a abcia a partir da condiçõe de topo ou de fundo da torre; - ocalizar no gráfico o ponto de inundação (flooding); - Determinar a ordenada e daí I (fluxo de inundação); 4- Calcular op arbitrando um percentual do fluxo de inundação (varia entre 40 e 80% dependendo do itema); op = (0,4 a 0,8) I 5- Com op calcula-e o diâmetro da torre: D T 4xVazão máica do gá op

13 Exemplo 07: Determinar o diâmetro e a altura de recheio de uma coluna de aborção a er intalada numa detilaria autônoma de álcool (capacidade para litro de álcool por dia) junto à dorna de fermentação com o objetivo de recuperar o álcool arratado pelo CO (,5% em volume de etanol) atravé da lavagem com água em uma coluna de recheio. recuperação de etanol deve er de 99%. Deeja-e aber também a potência do oprador em Watt (W). Dado: - Condiçõe de operação da coluna: 5 C e atm (760mmHg); - Vazão molar de gá ( CO + etanol ) na alimentação: 90 /h; - Conumo de água: 0% maior que a mínima; - Velocidade do gá na coluna: 80% da velocidade de inundação; - Recheio: néi Pall de in (plático); - Relação de equilíbrio a 5 C: Y =,5X - ltura de uma unidade de tranferência: UT =,0 + 0,9m( S / S ) op (ft); - Denidade do álcool hidratado: álcool = 0,8089 g/cm a 5 C

14 Solução: = 90 kgmol/h ( CO + etanol ) R = 99 % de etanol y = 0,05 x = 0 Y Y y y,5x0 0,05 0,05 x = 0 y =? Y Recuperação Y 0,05 Y 99 % 0,05 Y,5x0 4 Y 00% 00% x =? y = 0,05 y Y Y 4,5x0,5x0 4 y,58x0 4 4

15 Relação de equilíbrio a 5C e atm: Y,5X op Y,5x0 Y,5x0 X 4 0 m =,5 X máx mín Y X,5X X,4x0 máx máx Y,5 0,05,5 5

16 6,9 0,4x0,5x0,5x0 X X Y Y mín 4 mín mín O conumo de água é 0% maior do que o mínimo:,48 (,)(,9), op min op 4 op,0x0 X,508x0,48X,508x0,48 X 0 X,5x0,5x0,48 X X Y Y 0,00 x,0x0,0x0 X X x y = 0,05 x = 0,00 y =,58x0-4 x = 0

17 Cálculo da altura da unidade de tranporte ( UT ) UT UT UT,0,0,699 ft 0,9m 0,9,5 S S op,48 op m,48,5,88 Cálculo do número de unidade de tranporte ( NUT ) NUT NUT NUT NUT NUT / 4,05 /,88 4,47n 4,47n Y n Y mx mx,5x0 n,5x0 000,6,64 / 4 0,7764 /,50 /,88,5 0 /,88 7

18 Cálculo da altura da torre ( z ) z (UT)(NUT) (,699ft)(4,05) z 7,9 ft z,56 m Propriedade fíico-química do gá e do liquido y CO CO y 0,0544kg/ 0,0546kg/ 44,0 kg/ Etanol Etanol y CO CO y 0, kg/ 0, kg/ 44,0 kg/ Etanol Etanol 8

19 0,046 0,05 0,05 y kg,0075 kg 44,0 0,05 0, h 90 kg,087 kg 44,0 0,046 0,046,58x0 0,046 y y 4 kg,094 kg,087,0075

20 0,0648 0,046,48 0,046,48,48 op kg 0,65664 kg 8 0,0648 0, ,0648 x x

21 kg 0,6658 kg 0, ,677 kg 0,677 kg 46 0,00 0,00 8 0,0685 x x 0,0685 0,00) ( 0,0648 ) x ( ) x ( Etanol O H

22 / cm 7,796x0 0,99406g/cm g/cm. 7,75x0 C a 5 g/cm. 7,75x0 0,775x0,0 g/cm. 0,775 cp 6,0570 lbm/ft C a 5 0,99406g/cm O H O H O H O H o O H O H O H o O H 0,087 lbm/ft 6,478 lbm/ft g/cm g/cm,744x0 /gmol.k)(08,5k) (8,05 atm.cm (atm)(44,0 g/gmol) R.T P. 0,086 lbm/ft 6,478 lbm/ft g/cm g/cm,740x0 /gmol.k)(08,5k) (8,05 atm.cm (atm)(44,0 g/gmol) R.T P. 0,087 lbm/ft 0,7796 cst / cm 7,796x0 / 0,0cm cst O H O H

23 Cálculo da abcia do gráfico de correlação de Sherwood 0,6658,094 0,6090 bcia: bcia: 0,6090 bcia: 0,05 0,087 6,057 Ordenada : I 0, C F 5,5 I 0, C F

24 Fator de recheio para anel Pall de plático com diâmetro de in: F = 4 Fator de converão em unidade inglea: C = 0, C I F,0 I 0,086 6,057,4797x I 40,7796 I 5,5 5,5,57 lbm/ft 0,087. 0, 5,5 4

25 velocidade do gá é 80% da velocidade de inundação op op op 0,80 0,80,57,006 lbm/ft I. Cálculo do diâmetro da torre 90 /h 90 /h ; 44,0 kg/ 44,0 kg/ 96,7 kg/h ; kg,046 lbm,467 lbm/ (vazão máica do gá) ;h 600 D D D D T T T T 4x op 4x,467 lbm/,006 lbm/ft.,75 ft ; ft 0,48 cm 5,0 cm 0,5 m 5

26 Cálculo da potência do oprador P op γ Qz η P op = potência do oprador (W = kg.m / ) = peo epecífico médio do gá =.g (kg/m. ) = denidade média do gá (kg/m ) g = 9,8 m/ Q = vazão volumétrica do gá de alimentação (m /) z = altura do recheio da torre (m) = eficiência do oprador (adotar 75%) γ γ.g 7,07 Kg/m,74 Kg/m 9,8 m/. Q Q 96,7 Kg/h,74 Kg/m 0,66 m / 77,4m /h P P Soprador Soprador γ Qz η 66 W 7,07Kg/m. 0,66m /,56m 0,75 6

27 ivro recomendado para projeto completo de torre de prato e recheio