Lista 4 - Operações Unitárias da Indústria Química 1 - 2023-2

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO OPERAÇÕES UNITÁRIAS I – PROFESSOR MARCELLUS DE MORAES 4a LISTA DE EXERCÍCIOS 1. Calcular o diâmetro da menor partícula que é coletada com eficiência de 100% na câmara de poeira abaixo esquematizada. Propriedades físicas do fluido: densidade 1,2x10-3 g/cm3 e viscosidade 1,8x10-2 cP; Propriedades físicas das partículas: densidade 2,5 g/cm3 e esfericidade 0,7; Dimensões da câmara: 2x2x16m, sendo a distância entre as lamelas de 10 cm (a espessura da lamela é desprezível); Vazão da suspensão na alimentação: 4 m3/s. Considerar as seguintes situações diferentes: a) A suspensão tem concentração volumétrica de sólidos inferior a 0,2%; b) Esta concentração é de 5%. 2. Dimensionar uma câmara de sedimentação capaz de separar 80% da poeira arrastada por uma corrente de ar a 20 oC e 1 atm que escoa com velocidade de 300 m/s através de uma tubulação de 5 in de diâmetro interno. A densidade das partículas sólidas (ϕ=1,0) em suspensão no ar é de 2,7 g/cm3 e seu diâmetro é de 120 µm (todas as partículas têm o mesmo diâmetro). 3. Calcular a eficiência total com que a câmara obtida na Questão 1 trabalharia, para Cv = 0,2% e para C v = 5%, se alimentada com as mesmas partículas, porém tendo a seguinte distribuição de tamanhos: 𝐹𝑉(𝐷) = ( 𝐷 50) 0,9 4. Uma câmara de poeira de 1x1x1 m foi projetada par a tratar 5m3/s de uma suspensão de cassiterita em ar a 80 oC e 1 atm. Estimar a esfericidade das partículas de cassiterita, sabendo -se que a menor partícula que é coletada com 100% de eficiência é a que apresenta diâmetro igual a 400 µm. 5. Uma câmara de poeira ( B = 1,5 m, H = 0,6 m, L = 3,5 m), fabricada com chapas de aço, trata 8400 m3/h de um efluente gasoso industrial contendo partículas (SG= 2,65) em suspensão. A distribuição de tamanho das partículas obedece ao modelo RRB (D63,2 = 120 µm e m = 2,3). Em razão de graves problemas de corrosão das chapas na região próxima à saída da câmara, sugere-se reduzir seu comprimento para 2,5m. Supondo-se inalteradas as demais variáveis envolvidas, e supondo-se ainda que as propriedades físicas do gás em questão sejam idênticas às do ar a 120 °C e 1 atm e que as dez restrições da Lei de Stokes sejam respeitadas, pede-se: Calcule a diminuição percentual da eficiência global de coleta da câmara, caso a modificação seja implementada. 6. Relativamente a uma câmara de poeira, considerando-se que a densidade relativa das partículas é 2,20, que sua distribuição de tamanhos obedece ao modelo RRB de parâmetros D63,2 =110 µm e m = 2,4, que condicionantes locais exigem que essa câmara tenha 3,2 m de comprimento e que a velocidade da suspensão sólido-gás na câmara será de 5 ft/s. Supondo se, em uma primeira aproximação, que a lei de Stokes seja válida, pede-se: Dimensione essa câmara de poeira para operar com eficiência global de coleta igual a 90%, ao tratar 1600 ft3/min de uma suspensão sólido-gás com propriedades físicas idênticas às do ar a 80° C e 1 atm. 7. A companhia Chalboud do Brasil adquiriu uma bateria de ciclones com as dimensões especificadas na figura abaixo para coletar partículas de um fluxo de ar a 70°C e 1 atm. A densidade das partículas é 1,05 g/cm3. Verificar a validade da seguinte especificação fornecida pelo fabricante do equipamento: partículas com diâmetro maior que 20 m são coletadas com eficiência superior a 95% quando a velocidade do ar na seção de alimentação do ciclone é 15 m/s. 275 275 360 1100 140 Ǿ = 550 1100 Cotas em mm Ǿ = 137 8. O Ferro Velho “Dois Irmãos” dispõe de um conjunto de 3 ciclones em paralelo na configuração Lapple, em estado de conservação razoável. O diâmetro dos ciclones é de 20 in. Estimar: a) A capacidade do conjunto para u=15 m/s; b) O diâmetro da partícula que é coletada com eficiência de 95%; c) A potência do soprador a ser usado na operação. Considerar que o gás tenha as propriedades físicas do ar a 200°C e 1 atm e que as partículas sólidas tenham densidade de 3 g/cm3. 9. Deseja-se estudar o desempenho de uma bateria constituída por 2 ciclones Lapple em série com respectivamente 63,6 cm e 45 cm de diâmetro no tratamento de 27,7 m3/min de gás contendo 3% em volume de sólido. ➔ Propriedades do gás: densidade 1,1x10-3 g/cm3 e viscosidade 1,7x10-2 cP; ➔ Propriedades das partículas sólidas: densidade 2,5 g/cm3 e distribuição granulométrica dada por: 𝐹𝑉(𝐷) = 1 − exp [− ( 𝐷 17,3) 1,5 ] , 𝐷 𝑒𝑚 𝜇𝑚 Pede-se: a) A eficiência global de coleta do sistema. b) A potência do soprador para o serviço. 10. Uma usina em Campos, RJ, pretende secar bagaço de cana com o gás de chaminé proveniente da caldeira (propriedades do ar a 210°C e 1atm). Especificar a bateria de ciclones Lapple para a recuperação de finos secos sabendo-se que a vazão de gás é 140 m3/min e que as partículas maiores que 40 m devem ser coletadas com eficiência superior a 95%. A densidade do bagaço seco é 1,55 g/cm3. 11. Um ciclone Lapple (Dc = 90 cm) opera com queda de pressão de 5" de coluna de água ao tratar uma suspensão sólido/gás, cujos sólidos têm a seguinte distribuição granulométrica que se ajusta bem ao modelo RRB: d (m) 5 10 15 20 30 40 55 z (%) 88 73 52 37 20 12 4 a) Calcule a eficiência global de coleta do ciclone; b) A potência (HP) consumida pelo soprador de gás (eficiência  = 85%). DADOS: Sólidos: s = 2,3g/cm3 Gás: CO2 a 150 C e 1 atm 12. Uma determinada indústria química deseja recuperar no mínimo 86% do TiO2 (rutílio) contido em 2150 ft3/min de uma suspensão de TiO2 em ar a 350C e 1 atm, utilizando uma bateria de ciclones Stairmand HE em paralelo. Sabe-se que a distribuição de tamanhos das partículas obedece ao modelo Rosin-Rammler com parâmetros D63,2 = 20,8 m e m = 0,70. Especificar a bateria de ciclones necessária. 13. Sabendo-se que se deseja tratar, com ciclones, uma corrente de ar a 60oC e 1 atm, contendo finos de café (S = 1,15 g/cm3;  = 0,78), e que o modelo de Gates-Gaudin-Schuhmann ajusta bem a curva de distribuição de tamanhos das partículas de finos de café (Tabela 1), pede-se: a) Determinar o diâmetro dos ciclones Lapple, Stairmand H.E. e Stairmand H.R. capazes de recuperar, com 99% de eficiência, a partícula de café cujo tamanho é a mediana da distribuição. b) Calcular a eficiência total fornecida pelos ciclones. c) Calcular, para cada tipo de ciclone, o número de ciclones, operando em paralelo, que seria necessário para tratar uma vazão de operação de 36 m3/s. d) Qual dos 3 tipos de ciclones você escolheria para efetuar este serviço? Por que? Dados: ar(60oC) =0,023 cP; R = 0,082 (atm*m3)/(kmol*K) Tabela 1 - Análise granulométrica da amostra d- a d+ (m) yi(%) 210 a 149 0,22 149 a 105 0,18 105 a 74 0,25 74 a 55 0,12 55 a 40 0,15 40 a 30 0,08 30 a 0 0