SIMULAÇÃO NUMÉRICA NO CANAL HELICOIDAL DO SEPARADOR CICLÔNICO GÁS-LÍQUIDO
1 de Março de 2002 Departamento de Engenharia Química REACTORES GÁS-LÍQUIDO DOEU, J.Vasconcelos,...
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REACTORES GÁS-LÍQUIDOREACTORES GÁS-LÍQUIDO
DOEU, J.Vasconcelos, Março 2004
REACTORES GÁS-LÍQUIDOREACTORES GÁS-LÍQUIDO
II
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casocaso
REACTORES C/ AGITADORESREACTORES C/ AGITADORES
(Tanque c/ Agitação)
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definiçõesdefinições
KLa
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O parâmetro característico do transporte de massa gás-líquido nos equipamentos é o
produto KL.a
CCAKt
CV *
L d
d
balanço do transporte de O2: Área desta bolha
KL
C*
C
volume líquido V
área de todas as bolhas
KLa=KL. Área total das bolhas
Volume total
área específica a
KLa
desconhecida!
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relaçõesrelações
entre KLa, potência e caudal de gás
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KLa depende da potência dissipada Pg
e do caudal de gás Qg
log Pg
log KLaQg
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1) Optimização da OPERAÇÃO
critérios:
1º. eficiência máxima a custo constante (não interessa)
ou
2º. custo mínimo a eficiência constante (interessa)
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ver representação de
potência e KLa
em função das variáveis de operação
N e Qg
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N
Qg
Ptotal = f(N,Qg)
Ptotal constante
Curvas de Potência total constante
Potencia total = Pot.agitação (Pg) + Pot.compressão (Qg)
redução
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N
Qg
Ptotal = f(N,Qg)
Ptotal constante
diferentes combinações N - Qg para mesma Potência totalcombinações c/ mesmos custos de
energia!
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N
Qg
KLa = f(N,Qg)
KLa constante
Curvas de KLa constante
aumento
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N
Qg
KLa = f(N,Qg)
KLa constante
KLa pretendido e variáveis operatórias
diferentes combinações N - Qg para mesmo KLa mas diferentes custos de
energia!
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as duas possibilidades
de optimização
da operação no tanque:
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N
Qg
1ª possibilidade de optimização (não interessa)
N óptimo
Qg óptimo
KLa máximo @ Ptotal constante
Ptotal constante
maximizar KLa @ custo constante
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Ptotal mínima
N
Qg
KLa 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 @ KLa constante
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2) Optimização do VOLUME
do tanque
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Se o tanque fôr utilizado como reactor contínuo para o tratamento de determinado caudal de alimentação consumidor de gás (p.ex. consumo de O2, COD, em tratamento de efluentes, cultura de algas, fermentação, etc.)
em estado estacionário(balanço ao O2 por unidade de volume de líquido):
COD + (C - C0) = KLa.(C*- C)med .tR tempo de
residência
mole.m-3 mole.m-3 s-1 mole.m-3 s
Q, C
alimentação
Q, C0ar
C
Qg
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pelo balanço de custos
e é possível optimizar o volume do tanque
Q
VtR
óptimo V
custostotal
a maior tR corresponde: maior volume ( maior investimento)menor KLa - ver eq. anterior ( menores consumos)
ao custo total mínimo corresponde o volume óptimo
visto que:
