1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química REACTORES GÁS-LÍQUIDO II DOEU, J.Vasconcelos, Fevº 2003.

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1 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química REACTORES GÁS-LÍQUIDO II DOEU, J.Vasconcelos, Fevº 2003

2 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química caso REACTORES S/ AGITADORES (Coluna de bolhas, Bacia de arejamento, etc.)

3 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química O parâmetro característico do transporte de massa gás-líquido em bolhas isoladas é o coeficiente de filme K L Equação de balanço do transporte: Área do transporte coef. de filme K L C* C área da bolha conhecida! (O parâmetro característico do transporte de massa com populações de bolhas, cuja área é desconhecida, é o produto K L.A/V = K L a, em que a é obtido medindo o D médio e o hold- up : a = 6 / D)

4 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Primeiro resultado experimental a considerar.....

5 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química 1) Dissolução de bolha 1 2 3 3 12 D t 2 regimes 10 2 s Refª: Vasconcelos, J.M.T. et al, Gas-Liquid Mass Transfer to Single Bubbles: Effect of Surface Contamination, A.I.Ch.E.J. 48, 1145-1154 (2002) em líquido muito pouco contaminado bolha móvel bolha rígida devido à acumulação de contaminantes ! bolha de gás em líquido insaturado dissolução inicial rápida de repente, dissolução lenta! (limpa)

6 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química oportunidade para optimizar o tempo de residência 312 1ºregime (K L grande) 2ºregime (K L pequeno) altura óptima modificando a geometria da coluna de bolhas mesmo caudal de gás Balanço económico para igual eficiência do transporte: economia de gás ou energia de compressão investimento em área! ? K L a máximo ! K L a intermédio

7 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Segundo resultado experimental a considerar.....

8 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química 2) Líquido francamente contaminado dissolução D t só regime lento! 1 2 3 3 2 1 bolhas rígidas desde o início K L (baixo) varia com diâmetro segundo Frossling líquido mtº pouco contaminado

9 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química KLaKLa D a KLKL Frossling a = 6 D área específica também aumenta quando D diminui: K L a aumenta bastante para bolhas + pequenas !

10 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química oportunidade para optimizar o diâmetro de bolha caudal (consumo) P (compressão) diâmetro mudando o dispersor do gás custos Refªs: Motarjemi et al, Mass transfer from very small bubbles - the optimum bubble size for aeration, Chem.Eng.Sci. 33, 1415-1423 (1978); Aeration - a wastewater treatment process, Cap.4, ASCE (1988) (Biblioteca Química) (K L a alto) (K L a baixo)

11 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Terceiro resultado experimental a considerar.....

12 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química K L a numa coluna de bolhas correlaciona com a velocidade superficial do gás v g log v g log K L a K L a = c (v g ) declive > 0

13 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Se a coluna de bolhas fôr utilizada como reactor contínuo para o tratamento de determinado caudal de alimentação consumidor de gás (p.ex. consumo de O 2 dissolvido, COD, em tratamento de efluentes, cultura de algas, fermentação, etc.) tem-se em estado estacionário: COD = K L a.(C* - C). t R alimentaçã o Q ar C vgvg tempo de residência depende de v g ! mole.m -3 s -1 mole.m -3 s

14 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química pelo balanço de custos entre: consumos de compressão investimento no reactor donde ser possível optimizar o volume da coluna: hold-up de gás vgvg custos também depende de v g ! óptimo totais

15 1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química Possibilidades de optimização (resumo): 1º geometria do reactor 2º tipo de dispersor 3º volume do reactor