1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química REACTORES GÁS-LÍQUIDO DOEU, J.Vasconcelos, Março 2004 REACTORES GÁS-LÍQUIDO I.

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1 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química REACTORES GÁS-LÍQUIDO DOEU, J.Vasconcelos, Março 2004 REACTORES GÁS-LÍQUIDO I

2 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química caso REACTORES C/ AGITADORES ( Tanque c/ Agitação )

3 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química definições KLaKLa

4 O parâmetro característico do transporte de massa gás-líquido nos equipamentos é o produto K L.a balanço do transporte de O 2 : Área desta bolha KLKL C* C volume líquido V área de todas as bolhas KLaKLa= KLKL. Área total das bolhas Volume total área específica a KLaKLa desconhecida!

5 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química relações entre K L a, potência e caudal de gás

6 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química K L a depende da potência dissipada P g e do caudal de gás Q g log P g log K L a QgQg

7 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química 1) Optimização da OPERAÇÃO critérios: 1º. eficiência máxima a custo constante (não interessa) ou 2º. custo mínimo a eficiência constante ( interessa )

8 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química ver representação de potência e K L a em função das variáveis de operação N e Q g

9 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química N QgQg P total = f(N,Q g ) P total constante Curvas de Potência total constante Potencia total = Pot.agitação (P g ) + Pot.compressão (Q g ) redução

10 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química N QgQg P total = f(N,Q g ) P total constante diferentes combinações N - Q g para mesma Potência total combinações c/ mesmos custos de energia!

11 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química N QgQg K L a = f(N,Q g ) K L a constante Curvas de K L a constante aumento

12 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química N QgQg K L a = f(N,Q g ) K L a constante K L a pretendido e variáveis operatórias diferentes combinações N - Q g para mesmo K L a mas diferentes custos de energia!

13 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química as duas possibilidades de optimização da operação no tanque:

14 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química N QgQg 1ª possibilidade de optimização (não interessa) N óptimo Q g óptimo K L a máximo @ P total constante P total constante maximizar K L a @ custo constante

15 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química P total mínima N QgQg K L a constante N óptimo Q g óptimo Refª: Optimisation of agitation and aeration in fermenters Bioprocess Engineering 14 (1996), 119-123 2ª possibilidade de optimização (interessa!) minimizar custos @ K L a constante

16 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química 2) Optimização do VOLUME do tanque

17 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Se o tanque fôr utilizado como reactor contínuo para o tratamento de determinado caudal de alimentação consumidor de gás (p.ex. consumo de O 2, COD, em tratamento de efluentes, cultura de algas, fermentação, etc.) em estado estacionário (balanço ao O 2 por unidade de volume de líquido) : COD + (C - C 0 ) = K L a.(C*- C) med.t R tempo de residência mole.m -3 mole.m -3 s -1 mole.m -3 s Q, C alimentação Q, C 0 ar C QgQg

18 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química pelo balanço de custos e é possível optimizar o volume do tanque óptimo V custos total a maior t R corresponde: maior volume ( maior investimento ) menor K L a - ver eq. anterior ( menores consumos ) ao custo total mínimo corresponde o volume óptimo visto que: