ENGENHARIA BIOLÓGICA INTEGRADA II

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1 ENGENHARIA BIOLÓGICA INTEGRADA II EXEMPLOS ADICIONAIS Helena Pinheiro Torre Sul, Piso 8, Gabinete Ext

2 EXEMPLO 1 Um reactor air-lift de circulação interna com 1,09 m de diâmetro interno e 11 m de altura vai ser operado com 10 m 3 de volume de caldo fermentativo. Este último tem um valor de viscosidade aparente de 0,3 Pa.s. A razão entre as áreas das secções do downcomer e do riser na coluna é de 0,25. O valor mínimo de k L a a Assegurar durante o processo é de 30 h -1. Usando as correlações empíricas do formulário abaixo, verifique se a altura do reactor é suficiente para comportar a expansão do volume do caldo resultante do arejamento. Considere que a espessura da Antepara que separa o downcomer do riser é desprezável face ao diâmetro do reactor. k L a = 0,0343 v Gr 0,524 μ a 0,255 ε Gr = 0,465 v Gr 0, A d A r 1,06

3 EXEMPLO 2 Um cristalizador contínuo tipo mixed-suspension mixed-product removal (MSMPR) está a operar com um tempo de retenção de 6 h. Uma análise sumária de distribuição de tamanho de cristal forneceu os seguintes valores: dimensão (mm) densidade da população (m -4 ) 0, , Usando as equações do formulário abaixo (modelo MSMPR), calcule a dimensão dominante na população de cristais e a massa de cristais formados por unidade de volume de águas-mães. Considerando que a taxa de crescimento do cristal não varia, que valor do tempo de retenção seria necessário Para se obter uma dimensão dominante de cristal de 0,2 mm? n L = n 0 exp L G t r L d = 3 G t r M c V s = a ρ c n 0 6 G t r 4

4 EXEMPLO 3 Um sólido particulado apresentando uma dimensão de partícula de 0,6 mm (dimensão da malha que permite a passagem de 80% da massa de partículas) foi moído num moinho de bolas até uma dimensão de 0,4 mm. A Energia específica dispendida foi de 10 kj/kg. O produto é alimentado ao moinho a 30ºC e não pode ser sujeito a temperaturas acima de 65ºC. A capacidade calorífica do material é de 1,3 kj/(kg.ºc). Usando as equações do formulário abaixo, verifique se o requisito da temperatura máxima é cumprido, quando o mesmo material é moído no mesmo equipamento, até uma dimensão de partícula de 0,1 mm. Admita que o valor do parâmetro da lei de Bond se mantém constante entre as duas situações. E = K b 1 D p,final 1 D p,inicial

5 EXEMPLO 4 Os cristais do Exemplo 1, após moagem até uma dimensão de partícula de 0,1 mm (dimensão da malha que permite a passagem de 80% da massa de partículas), foi misturado com um outro material de dimensão de partícula idêntica. O teor mássico de cristais pretendido na mistura é de 45%. Admite-se que a densidade e o factor de forma dos cristais não se alteraram na moagem e que são idênticos ao do segundo material na mistura. Ao fim de 5 min de operação, foram colhidas 20 amostras de 1 g cada da mistura nas quais foi medido o teor dos cristais do Exemplo 1. A variância em torno do valor esperado, determinada para o conjunto das 20 amostras, foi de 0,035. Admitindo que se pretende atingir um valor de índice de mistura de 90%, verifique se o tempo de operação é suficiente ou se deverá ser aumentado. S e 2 = 1 N x e 1 x e S 0 2 = x e 1 x e M = S 0 2 S 2 S 0 2 S e 2

6 EXEMPLO 5 Um pigmento está presente num substrato vegetal num teor mássico de 10%. Utilizou-se CO 2 supercrítico para efectuar a extracção do pigmento e verificou-se que o processo podia ser descrito pela equação empírica: com φ b x 0 φ = x 0 t b + t - massa de pigmento extraído por massa de substrato alimentado - massa de pigmento total por massa de substrato alimentado - constante cinética = s A massa de substrato usada na extracção foi de 10 kg, o caudal de CO 2 usado foi de 0,05 kg/s e a energia total consumida no ciclo foi de 0,15 MJ/kg CO 2. Admitindo que o custo da energia é de 0,02 /MJ, qual seria o custo por unidade de massa de pigmento para valores de grau de extracção de 50% e de 90%?