Dispersões gas-liquido em pratos perfurados sem vertedor

045/83

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60Jtmaçâo da~ d.{.~pi!-'t~Ul'~ (tpl: ;'SpUtli<'( :Gt''liHtfflc-(I.'IL'Ji(U 2 '1f.'l_t•f.{t),

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5 . 2 • 3 S . L . -f li,,_ (é1 c ( ,; l. ..._- .\ t"tl. v(' f ,;'' 5.2.5- CiiJJC~(;.~c::,· , 1!. i ' '[ '' :I /_ :;: ; • 1 ,' l' ,11 (' 'i i-( t; C{ { 'i I' ( ;' ~ 1/ -i 3 l i 55 03 7

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PÃGINA

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7.

REFER[NC1AS BIBL1!

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_GRAFICAS

_{CITAt'A~ 1H}

E ,~ÃO CITADAS 139

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desde o século XI, )J.:Jrd .-1 ::;r'!Jdrac;dc~ Lk li JUÍdu:;. D.;_;sdc cntolo, esta l)pcraç.Jo tc:-:·1 sido :,.J;J:-;t~tncLt1n:•._r:t(' ,I]J•.·r-[L'i.çoudt1 c no mo

menta

é

u método J.nrh;:;tr,,-,] r.c~ió-; :-1-'.'[lWill.l_'I:'''Illc~ utilizeidü.

O pt.incir.Jal pt-,J-j)c:-;:,,.J JH) '-·,~.,)"J t!d IJr·~-:til;tç,J.u, C:' de

vida a dcs'-~'_)Jx~rt_a éh .:·olu::c1 ,k n t.jtj,_-,t,,<-ti) t' Uu prat.o com i)or

bulha.iorcs por J.B. :·,_·~lH'1 ·.'I'. Jt,liJ. lín:.: out:r:, npcrac;ão, de caracter.-í.stici:ts :.J·.~lll''Lldnr:· ... 'oi c~ n,__·::L, '<•''!, fn_'illlcntc~tncntc u.ti

lizadCi para separar os a Absorção de qéis.

O objctivu r.J,i ,. }U!~J-.:;,;,_i!lr;.

çoes <jcÍs-lÍ':.tu.inu ._-, Jll•lL··d-<~J<'n tl' \

c

o per~

r.:J: i :·;

dois fluídos dL• m_hiu ._\ :,,,n:,i L! J ~~ '-: 1 f :i.i,H' ,_,i:!.~-,, ct:-; J.ao~c;:;, .Jo~o

consli.tuintc~i. Dc~:lt_; mc_,dcl, d, Lt}:ct ,:v t 1 ,til: i'•,'J~(-;rtcLJ de mCLss,.t

da

os diverso:::> tipos t](; ~~'lJUl!-J·lli,l.'!llu~, 1_\t_> ._, J:ttd~ u q,~.:-;-l.ir:ILlido

e

para se obter urn Dom cur:lil-Lu L'nlc;· .-1,:. fLJc3c.'3 cluLtntE• opcraçôes de destilação ou abson;ilu, ut..i lj_t.itill-:'o>r• frC'qllL'flLL'lllE.'ntc

nas de pratos; nestas, .:t fctõ-;t~ gi1so;_:ct )).-Jt-bulhct dt:ravé:'::; rlo quido que esLí r0t.idu no !JLtto. /1 ,JLt.Jo_: ,___-.:_.-[,_J,_:td._tdcs ela

gaso~3·:t, uma e:3puma

é

fur:.kt.Jcl l' L·c.:Lt: ir:[,_•n:_:u crmLitto,

cia trocas de calor e m.:L--;:;:-~ vntrc ,L= í t:_;c.'S.

ra um dado propósito, Uili tnat.o ick~dl d;·v'--' s._.l- c!'--: f6ci_l

C-JlU

prop.:!:_

truçüu, bai)W CllSto, tHL1;1t:tvc<L .J !H'q\l\'Ild:~ pc·rtl_lrlJa<;,'Õc'é; ·1uc;

podem ucorrer duranLL' c>ua uvL:laç.:l.o v [J•_·rmittr upl~ruçucs a a.l tas taxo.s de produçã.J, corn unt~t boa l_,fi_ci.Cnc.ia c!,__. conL1to a baixas qur--"das de prc:::sao. ,"\ FJZ!l',:Jl'J_,t c!o': prclto:·; utili<>:ados nes

tas colunas, têrrt sldu Cl~Ju~lc~ ·~Uc tJLiliz,lnl vcrLc!dCJrcs. No cn

tanto, os pro.tos s~:'.'m \'('rt_cJor, ~-;Õ.u ,_\c ll1:1is f.:icil con~;truçÕ.o

orifí

fornecerem menor qul:da. de pl·,_·:)~;,tu d•.J ,1uc oo_; prc:ttoó:: nais com vertcc.l.ores.

j

zam vertedor têm sido ex~;Jslivamcnl0 c)sludados, o mcs~1o nao acontecendo com os que nào utllizafll vr•rtcdor.

a) o;3tudar os tlpu.'::i de dl:_;;wc:;Ôtc~-; g.:ls--1-íquit.~.) que se formam em pratos pcTfuc. ,-,do:; sl.'m 'v',·l:Lc dnr, >o?Jn funç,:\o da.s va

zões de gás e de liquido.

b) et;tudar o:; tipcs ele tnovil<lcnt:os osciJv.tórios por

parte da mistura gás-liquido

c

su~ infltlªnci~ na

de da dispersão.

t:~~;tabilida

c) e~;tudar <l altura de liqu.ido (clcar liqui_d hcúght),

a altura da esT:1uma, a porosidu.dc d:1 di ~c:r)crs:lo c a q;_wcla ele pressao, em função das va~~õc-s de gcis c ele liquido.

d) para um Chlé.;o:J f ] uxo d•} UitS t• l.íc;cliJ.o, csLucL-tr os

efeitos da ãreet livr:·c úo prc"tf.·d, ao d.L,lwcLro da colunet, do diâmetro dos orifícios d.J. t·,nsao S'.\]JL"rf'iciul do _liquido sobre os parâmt>tros ~'ciíih.l. Jr.cn.; ionet·..'iu~o.

5

1.1 - INTROr!UÇAC

Na m~tj.oria C.Js opcrdçoes de cit:sli laç5.o ou absorç5.o,

colunas de prat.os s5.o

lltilizJdas p~1·a ~c obt~·r

um

bo:r: contato entre as fases líquida e v.:tpor. Quanlu ao modo de escoamento

do líquido e do gás, os pr.:-ttos uti1 i;~dc!os Iwstas coluLas p~

dem

ser classificados em:

a) pratos com "cscodmenlo cru;,;:aUo" (com vertcd(lr)

b) pratos corn escoamento c:11 contro-corrente (sem ver te dor)

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FIGURA ( 2. Escoamento em pratos perfurados

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f ig. pr~ tos com cscoamvnl~J L'I:I co:lt.J.t-L_·orrt'lllt: (ri(J. 2.J.,b) ;:unbos pa~

sam <.Jtravés das mt;.:;mas cJ!JL·rtuJ-.:.1.:;. L:.c;tt· fluxo, ocorre de forma pulsada, com cada abt:rttu a dc-ixandc, !hlo;o;.::lT

o liytlido c o g~s.

inte::rmitcntementc

Deste modo, 11 JiS)JL'l-~5cJ 0~~;-licJUidu CJUe c produzida

no pr;tto sem vc:rtt.>aot.·, c· dt: n;ttun_'Ld dj :tÔi!l_Lca {.; de eslado nao

estacJ.o:-ti'irJo, dcpcr:.dcn,lu d.t::-; \-'~lzt-JL'~; ,:~· qii:~ v liqui.rlo c·m que este cst~ opGrando.

gás-lir-Jclido, a.ssint c·JJl'c.J, ,la:-; L;orn.cl._l,·r_),•_-: dc;scr-J.la~; na

tura, para os przlt.u:_; LI'cll' i"Ll.:J tllil iL<~IIi ·-.rt•rtcdoc. Umd

litcra

P.xceçao

é

feita., na scçcJ.o 2. 3, un:_:c u cornput-t _lli!c_'ntu u.scj_lu.ntc das dis persões gâs-liquLio '-~ d(·~;crilo p<~r.l "'-~ JH'i1Lu;~ c:om vcrtedor pois ta_l. c1cscriçãu n:lu con";Ll na lit,•rcJLurc.~, para os que nao utilizam verteJur.

2.2. REGIAlES Vt FLUXO

A faixa de op~r-~ç5o du tl:l l.•rillo pcrfuJ·ado sem ver tedor, caracteriza-se por Ulll limite SUfJcrior - a inundação e

um inferior- a nao n_·i-c•JF7,1o tlo J l·.jui-.!o no ].líittu. ObservaçÔl~S

visua:Ls mostram cpc ,_,nln: l':'Ste~; lin:il('~.; Jcf.i.nidos, existem di

ferentes regimes de

r

luxo no~~ c1uuis dCil, o J íquHlo nem o vapor

~ a fase dispersa don1inJnta.

Nos primein)s t_•sluc1us rL"c~liz~ttlos :iuLnc regimes de

fluxo das dispers6es g~s-li.ruido, ~nt )Jrdtos sc1n vertcdor

Zelinski e Kafarov (8) Vt·rJfJcaraJn y1:0 as cor1cliç6us hidrodin~

micas que se desenvolv~m nestes pr~to~, VitrJarit ~epcndendo da vazao de líqui.Co c~ vr·i.ncl.paJmcnte dLJ~> \'f)lucidadl.'s c~e gÓ.s.

7

u qu<t L atravc~ssa l j

vre

mente a. porção Llc iir-c"ct l_;,_vrL' dus or it.:ício::;, enquanto o _{líqu..:!:_}

contuL.:~ndo o qá:3 ;_.;C>II!•.~llLl' cr~1 :;ua SU[J('f f _í,_:jL'. /,.; lorHJO da urca livre r~xistiriÍ cnt:io, urc: i luxu de! i\:,11-'d~, d:3 L_t.iL·:.:~, cm LJZU:"dl.C~lo,

atrav~s

dos mesmos

ot-ific:lZlS (fiu.2.~,lJ).

Sob l'stcts c:ondiçOc:~, a l!UC<:a de pn_;::.suo no prato v~

ria com o quo.clrado dd v~: l<Jc J.JcuJc dL' •'iléi, a va;-:ao de líquido

constante (fig.2. 3, U\-!3)}, t.~l1,]Uanto .t quJntütJ.Jc de lic1uiUo

retidd no pl·ato

é

dc.c;pn_;,:5vcl c Uc f<.~tu, ni'ío polie ser medida. Quando a vaz~o de lil(Uíd,J aumc!lln, LI t]tieda de flressâo aumenta

na forma de urna sóri~~ dt.: lJnh<ts rct,~:-· pc~r~tlcLt~;

à

queda de

pressao no prato s0co.

Com o aumento J~ vcluciJu.J'--. de g~s atrav6s dos ori

ficios,

u.

força de fi·icçâo entre o g.;s ~ o lÍ11U.ido que está

drenando, aumentar-á a um vctlor tal, ~:·,;c' urnd CiH:téidU de liquido

irá st:;r formada e rc->t_iUo no pro.to, (i iq.2.4,o.,lJ). Isto ocorre

rã a todas as vazões de líquül.u, Lll•sdv que· a velocidade de

gás através dos orifí.cio~; i.JUritlancçcl cun.'=>LJnte.

Para todas u..:; vazU,~s de ! L~c,_Ldo, .:t purçu.o de

livre ocuoada por cl,}, s~r~ Jifcrcnt._ '--~ a v c lo c idade

ficia1 dt.: yi=is no pontu de• "!,lJ~~P•'Il~_;.lu" ~I('Pt'!Hll'r:í do

geométrico do pral.o l' d..J vaz<'tu ck Jl'!l.t.i<lu.

are a

supe.!:_ ,·Jcr.JnJo

Os pontos corr~spondcnlcs ,1~ vclucid~des de gas on

de O li.quido Cü!nCÇiJ ,1 St..:l· Cl't.ido n:.J )d ,"ll•-J ~-;5o ciléltnéldOS "pO~

tos (}(~ suspensão" (ho1.d-C.i)_.J). ScyunUu J,:yl.._,k '--' Stcmdart (6) pQ_

ra sistemas êl.r-iiguo. a \·..:,Jocidadc :3U)_l• __ ·rfici.t1 dl~ 9CÍs no

de ''suspensão''~ de O.l :t 0.2 m/s.

ponto

A "suspens.:lo" du .lÍqtJiclo n<.J [l!.dtn, '-' .JCOllipclnhaJ...1 de

um brusco aumento d.J. quc:dd L~•-' prc:,;~·<lu (f.iu.L.J,(B-C)), SeCJU1::_

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FLUXO DE LIQUIDO FLUXO DE GÁS

FIGURA ( 2.2) Condrções Fluxo de

de operação de l(qUido e de gas

-retenção de liquido

um prato sem vertedor

através do prato, sem

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' VELOCIDADE DE GAS

FIGURA ( 2. 3 l Quedo de pressão total

vertedor versus velocidade

vários vazões de t(quido

I. L> O I K9/m~ h)

2.1> 1650

3.1:<3780

'

lO

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superficial de gás a

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FLUXO DE LI'QUIDO FLUXO DE GÁS

FIGURA ( 2.4) CondiçÕes de operacõo de um prato sem vertedor.

InÍcio da retenção de I (quido

l l

2 . 2 . I

''BOiU:lULHi-\\![ \-1

crr

Este regime ocorre prÓximo ao limite de retenção portélnto a vazôes de líquido rt_;lat.ivcuil\..'ntc !Jclix<1S e caracte riza-se pelo fato de que ~s bolhas i-lutudnt livremente no l i

quido, com umil. vel.oc.Ld..1dc llV 0.1 d ().4 n/s (6). Quando o gas

começ,J a borbulhar atr<tv,~s du lÍ,JuXd,J, na zune1 muis ao prato permanece ur:la camadJ. dl' liq~1 ~do, com poucas

prox_1_ma bolhas passando através dos orif.Ícios; t.:>lil c.:)JltrasLc, a zona logo aci

ma torna-se uma QSpULl:J.

.

o

"aorbulllc~wt:nlu" c ilu~~lrcidu 11c1 fi'.JUUl 2.3, ini

ciando no ponto C.

Sc)b Ldi~ conJiç0c~, d CJucJ~

de pressao,

a

altura da espuma e a cruantidadc Jc l.Íqdiclo no prato, o.umentam

com o aumento da vclocülddC' ele qiis, d vazilo dL' líquiclo cons

tantc (figuras 2.~),

_{'·' :c .}

_{7 I .}

Quando a vazao de gas uumenta, u. arca livre ocupa da pelo liquido drenante diminui, aun~ntando portanto a quag tidade de líquido no prato; uo m12smo t~cmpo ocorre um aumento na frequência de formação das bolhas d(' gcls que .irão se for mar a altas vazões, até que todo o liquido <5obre o prato te nha se transformado numa ~:..'spuma.

Quando a aç~o borbulhantc Li ir1ici~da, ocorre um fe nômeno de "htsteresis", observado pc'lo .falo de que a formação da camada líquida no prato, quando ::-;v uumL:n L1 a v c lo c j_dadc de

gás, a vazão de liquido cor1stante, occ>rrc 0 vclucldades mais

altas que aquelas nas 'luu.is o licjtJi(\tJ ciusnp:Ircce lJU.J.ndo esta

mesma velocidade

é

reduz: ida. Isto wu~;t.ra CJLll', a energia da corrente de gás, n:~qw.:.>riàll para ll funcac;ão ele uma camada l í quida, e maior quu aquela paro. mantc'r a mesma CLJ.Inada já forma da, no prato (8). Se a vclocic1u.de de lJCÍS (, menor que a velo cidade de retenção c se uma mu.~or quétnti.dau(~ ele liquido

é

ali mentada, a retenção pode ocorrer, C' CJ pratCI pode então operar

mesmo a estas vclocidu.des b;::1ix..::~s. ::.;oiJ lais condições, e ne cessário ter-se o culdodo de llh1.nt.cr Lllll fluxo l.iqu.i.do uni for me e estacionário, quando aE; VL'loc.i,i.HL':.; d'.' L!lcnção r:;>;stão

5

,.

0.4

-

,

'

o

o _0.3

'

:::>

z

'2

_{·--!____}

J

'"

o 0.2

r·

,./

..

_I

"

~

_-~

"'

..

.,

o .1 _--'--- L _ _ L _ _

L_j

o,

0.5 0.1 0.9 1.0 2.0 ,.0 4.0 5.0 6.0

VE\.OCIOADE SUPERFICIAL DO GAS

'

m/s l

FIGURA ( 2 5 ) Mossa de 11Quido versus velocidade superficial

~

de gos Vozõo de l{quido

L=

8060 Ko I (h m2 )

-I.

Are o

livre :: 24.7% 4 16.2''/e.

2. 20.7% 5. 18.3%

3.

18.1

"1.

l3

3 0 o o r - - - ,

200.0

e

E

'

..

100.0

,.

::>

•

IL

"

eo.o

..

..

c _60.0

"

a: ::>

•

...

..J 40.0

•

"

a 3

2

0.0"=-~---:f-;;·~--:!~'::-::'-7.,---0.3

o_,

o.1

o.g

1.0 2.0

3.0

4.0 5.0

VELOCIDADE SUPERFICIAL DE GÁS ( m/s)

FIGURA ( 2.6) Altura

Vazão

da espumo de l(quido

versus velocidade superficial

L~ 8060 K~ /(h. m') ' de QOS ' 1. Are a I i vre ~ 24.7% 4. 16.2% 2. 20.7% 5. 18.3% 3. 18.1%

~

"

"'

"'

..

_..

Q

~

"'

_"

()

-' VELOCIDADE DE GAS ! m/3)

fiGURA ( 2. 7) Queda de pressão total versus velocidade superfielol de gás

vozõo d.a l{quido L•8060 Kg/(h.m'l

'

1. Area livre "'24.7% 4. 16.2%

2. 20.7% 5. 18.3% 3. 18.1%

15

O processo de "Borbulharncnto" c completado quando

todo o líquido no prato, rr:ucla para u~:·, r:_>staclo de espuma turbu lenta, devido a ucumuL<çc\o ddéi bolha~ n d camudu líquida. Nes

te est,ig:io do 11_{l3orLu1hcJillc'·nLu" u espuma possui urna}

celular. Em seus estudos, Zelinskl E! Kafarov (8)

estrutura

verificaram

que o

início da turbulência na cspu1nu, ocorre a velocidades

superficiais de g5s de 0.5-0.7 m/s (sistema ar-5gua) c que

com o aumento gradual cl~sta velocidil~e (entre 0.5

c

1.0 m/s)a

camada de espuma de cslr~1tura ccluL:u- também uurnenta

2.3-{C-0)). Com o .J.umenlr.1 du vclocidJcle até l.O m/s, a

da de líquido ãiminui c a espuma torna-se mais móvel.

I f lg.

cama

Tem inicio ent5o, um novo regime de fluxo das dis

persoes gás-líquido, caracteristico !-1cJa pn~sc~nça de uma esp~

ma fortemente turtJuh!ntd, chamado "..:spuma móvel" (Froth).

O ponto onde tum inicio 0sta tr~nsiç5o, e chamado

ponto de aeraçao e a velocidade de qas neste instante e ele

l . O

a

1. 3

m/ s

16) .

2. 2. Z - "FROT li"

Dentro dos limitus deste rc0imc, a guuJa de pressao

e a altura da espuma aumentam com a vL·locidadc Uc gas, a va

zao de líquido con2.tcmlc, crHJUClnto ,, '{llLlnlidade de líquido p~

de aumentar

em

al9uns .in~;Lante::: (G). fi. f.::tSL' "Froth" difere em

sua forma estrutural do "13o.rbulharncnlo", dcvi\Jo a que aprese.Q_

ta turbilhões de

correJlt~:s de pequenas

holt.as,

correntes de

gas c membranas líqu.tdas (fü;.2.8).

-A

forte misturJ que se c~l0Gclcc~ ent-re o gas e o

liquido duranto a fase ''Frotl1'', ~ssccrur~ uni acentuado aumento na intensidade j~ transfcr~nciu de t1~,~ ,a~· c:0inr c ·nparu.rla

com a fase "Borbulhil~1cnto".

No estãgj_o final d":J. fase "Fruth", u. velocidade do

gas através dos orifícios uun1..._;nta uL(· o ponLo onde as bolhus

,

-_________

...,.

FLUXO DE L(QUIDO FLUXO DE GÁS

---~~----~

FIGURA ( 2.8) DISpersão gÓs - l(quldo- tipo "Froth"

17

gas, que passando atrav~s das vãri~~ scçoes do prato, leva a

mistura gãs-liquido a oscil~r (fig.2.J (ponto E)).

Durante cstél fase, o fluxu líc1uJc1o através elos ori

ficios varia bruscum~nte. t\ baixu.s vclocidud~s de gás, o l í

quido drena a uma taxa uniforme através dos orifícios. Quando

a oscilação se estabelece, o liquido ~ viste) fluir em

nas quantidades atravt~s ddquc las Jn.:c~s do vra to, que

pendem âs regiões móveis da onda da 0Scilaç5o.

pequ.§:_

corres

A passagem pi:ira a "fase os ... :i.L-lç2io" ,--; acornpunhacla p~

lo aumento acentuado nas alturas da vc.:;puma e elo lÍquido e co

(l ig_Ul'(lS

2.5, 2.6 e 2. 7).

A oscilação <.b mistura

é

"visível" somente quando

a vazao de líquido

é

buixa e_as forças de fricção entre o gás

e o liquido sâo grancles, suficientes para vencer a in0rcia do

liquido no prato. Dcstit manuira, o liquido Lcnder5 a

,através das aberturas próximas às parceles da columa

2. 9) .

Quando a velocidade de g<:~s aproxima-se do

fluir lfig.

limite

superior da fase "F'roth", cada orif.icio inicia "jatos" cx:::orren

do então, a mudunça de u1~1a dispcrsãü gás em J íquido, para

urna dispersão líquido c:m :;:ras -· "spro.y"; este fenômeno e co nhecido como inversão de fase, ou trLlnsiç5o ''Froth-Spray!( e e

acompanhado de vari.ações no comportamento hidroUinâmico do

prato e da transferência de massa. Para o sistema ar-água a

velocidade de transição ~ 3 a 4 m/s {6).

2.2.3 - "SPRAY"

Na fase spray, a quantidade de liquido retida no

prato aumenta raptdamente, assim como a altura da espuma, até

que toda ela, preencha o espaço entre os pratos. Para uma da

da vazão de líquido, dependendo das propriQdadcs físicas dos

fluídos e das condições de conslruç.:io cJo pruto, existe uma

·--·----·.

- - - - . . . - ,

'·'

---

...

FLUXO DE LIQU(DO FLUXO DE GÁS

FIGURA ( 2. 9 ) Movimento oscilatÓrio da dispersão go's - 1 (quido

19

atravês a coluna, sendo interrompiJo o seu fluxo contra-corren

atravªs dos pratos; nestas condiç6cs, a coluna termina por

inundar.

A definição dos diferentes regimes de fluxo das dis

persoes gás-líquido,

é

única para os v5rios tipos de pratos

perfurados no entanto, suas faixas dC' ocorrênciu, variam de

um tipo de prato para outro.

Desta maneira, no presente tr<Jbalho, serao observa

dos os regimes de fluxos da mistura g6s-líquido, estabeleci

dos durante a operação de um prato pE'rfurado sem vertedor, em

função das vazões do g5s c Uo líquido

e

dos par5metros

ge~

métricos do mesmo.

tores

(4)

Durante a operação de pratos perfurados, vários au

(5), (6), (8) observaram gue sob certas vazoes de

gas e líquido, a bifase deixa de ser ...::.:..;t,Ív·~1. lll.<. seja, de man

ter-se a uma altura praticamcmtc constante ao longo do prato,

para iniciar violentos movin\.cntos lulerais peL-p'e'ndiculares ao

fluxo líquido. A presença dostes movimentos, aumentà signif~

·cativamente a instabilidatle da operação, cJusando

prematura e.portanto baixa cfici6nci~ dd pritlo.

inundação.

Em 1974, Biddulph

e

Stcphcn~ ( l ) , utilizando uma

coluna de pratos com vertedores (D=Ü. 69m) e sistema ar-água

verificaram que as oscilações aparecem quando de operações a

altas vazões de gas e que sao criadas por distúrbios turbu

lentos no seio da bifase. Os mesmos autores, observaram e des

creveram dois tipos distintos de oscilação.

No primeiro tipo de oscilaç~o, a mistura gãs-líqui

do se move simultaneamente das parcdc,s da coluna para se cn

contrar no centro do prato. No movimvnto inverso a mistura mo

ve-se no sentido das paredes, colidindo com us mesmas

2.10). Se a velocidade de vapor aumenta, a natureza da

(fig. dis

..

'·'

_ _, .. ~ .... >----

..

..

FIGURA ( 2.10) Oscilação do tipo "Fui I - wave"

21

persa o torna-se algo (jUC confusa, corrt :Jicos ltLovc:ndo-se nas

cercanias do prato e ocasionalmente~ colidindo com as pared,-·s, causando

um "spray" liqui<lo, que é lançado na

direção do pr~

to superior. Este tipo de oscilação foi definido como -wave".

"Full-com o gradual

aumento

da velocic1udc,

um

ponto crí tico ~ atingido quando a oscilaçâo torna-se violenta -''slosh'' (slosh=dança), de lado a lado, pcrpcndicularnv:,,ntc .3. direção

do fluxo líquido (fig.2.lll. Esta forma de osci.Lação foi de

finida como "llalf-wavc".

Segundo Biddulpll (2), as o.scilações ocorrem quando o comprimento de onda, das "ondas" formadas pclu mistura, tor

na-se igual ao diâmetro da coluna (oscilações "Full-wave") e

duas vezes o diâmetro, no caso das oscilações "llalf-w.1ve". Como foi dito anteriormente, cst~s tipos de oscila çoes foram observadas durante a oparaç5o de pratos perfurados com vertedor. No presente trabalho, serão observados os movi mentos oscilatórios da mistura g~s-líquido, durante a opcr~

ção de um prato perfurado sem vertcdor, em função de sua ge~

metria (" das vazões de gil.::> c de líquido.

A

operação, em estado estacionZlrio, de uma coluna

de dest.ilação, depende da quantidade de líqu.ido retida em ca

da prato (3). Na mo.ioria dos trabalhos encontt-ados na litera

tura (5) 1 (6), (7) a quantidade de líquido

é

(lE:'terminada indi

retamente por meio da altura manométrica de líquido e esta por sua vez,

é

medida através de um uunômel:ro conectado a ba se, no centro do prat.o. No caso dos pr.1to.s que_, nao ut.i.ltzam vertedor, esta altura e constante ao longo do prato.

A altura dG líquido

é

uma h_uiç.:iu L<(: · .• .J..zoes de gp.:·~ , de líquido, de suas propriedades físicus e dos parâmetros ges:?_ métricos do prato. No enlanto, não se conhece

ai:.8

o momento

FIGURA

I

2.11 ) OscilaçÕo do t1po , n Half · wave u

nenhum método saU.sL::ttôr lo !-'d.t:<l o c,í ll:ulu desLJ em função dos po.réimctros c.iLtdos.

quan t tdadc~

Em 1964, Rylek C' Star1dart. (6) dl""Jn"sent-lram a sr~guin

te eguuço.o

sem vertedor:

pura o ciilcu.Lo (Ll altur<_1 de líquido em

2. 3 :-: I 0 l . l.. 3 ll L 0.25 ' _''L

,.

' '

...

Segundo os autur8s a cquaçac (~.11 e v5lida

12

. l )

para qualquer sistema g~s-llquido. Verific~-sc nesta cquo.ç5o, a

dependência da altura de liquido em r(; Ll çCio a \T,)ZUO de _gas

(h

a G-0.8) e das propriedades fLoicas elo líquido

(h

a 110. 4

L

-0.4

p '

L

c 2. 21 _{; no ('ntanto a itlf-_úfil de ~íquido c} correlacionada em função da alturo. Ju c!~~~Jma, uma vctr iávcl

que também dep<.~nde das vazõe~~ dr~ qii_~; c J iquido, elE_~ suc1s pr9_

priedades fisicas e dos parCim0tros (JCu:~~lricos do pratcJ.

·: J w~ r .i VJ ram LI

expressao empirica nara o c5lculo d~ il_tura de li1ujdc1:

h "' 0.065 onde n

=

0.3162. ') c rh l • J ' O 2. ' ~

-

.

_)

"'

\ u.

~: 5

'

I {T/U) {2. 2) I 2. 3 I

Seus dados experimcntdis foram obtidos em urr.a colu na de pra·tos sem verte dor (Do: O. 31m), 1:onsti tu.ÍJd de dois está gios, utilizando-se como fase g5s o ~r e como J:ose liquido. agua e E"..Ol.uçCes de etanol, qlicerina

e

cloreto de c<llciu. no enL>nl:n

Completo en tel•,•,•l· ,_ ffil'•'·· . l •.·) U·"· ~-c ('Ccl lt.·. - 1 ,. u' •." '.· --. - · ,. •' 1·0 · " <. ! 1 ,., - ' ' -d.Lld.:c 1 ' b q',l·.: • :;e

senvolve no

prato; no ent·.tnLo Vl.:'rlfLcc~-.·A~ rtd literatura a es

2.5. ALTURA DA LSPtr:.IA

A determinação do co:ipaçaw<.'nLo (\os vratos (H) l.:rr urna coluna, depende da altura da cam<.:Hl;t l"XpLJ.nc1idd, da misl\..n:a

gás--líquido:

12.4 I

onde,

para

o caso de

pratos sem vcrt~dor,

o

valo~

De M

~

re

comendado na faixa 0.08-0.lm. No cnLmto, verifica-se~ nu litc

ratura, a ausência de C'CJil3ÇOC:>s que permitam calcular a al

tura da espuma em função das '!azões de 9Ús c líquido, de suas propriedades físicas

e

dos par5.met.ros gcoméLricos do prato.

Em seus trabalhos COP.l przttus sem vcrtedor do _tipo

grelha, Rylek e Standart (6) mostrZ~rcnn uma rclaç.Jo general.:!:_ zada da altura da espuma como fL1nçfio du velocidade de gô s no orificio, para uma dada taxa c pro~ri~daJes físicas definidas,

do fluxo liquido. Os autores discutiram ent~o, as conJiçÕüs

hidrodinamicas do prato por meio de um diagrama loqaritmico da altura da espuma versus vclocidude de gás no orifício (f ig.

..

"

_"

..

.,

"'

..

o

..

0:

"

..

..J

..

_____-;

""

'

'

'

'

'

'1

a

2

VELOCIDADE DE GAS NO ORIFÍCIO ( Vo l

FIGURA ( 2.12) Altura da espumo como funcão logarítmico da

velocidade de gás no orif(c-io

Ryle k e Standart ( 6) ver i f ic<1ram que a baixos valo

res de v_{0 ,} a altura da espuma aumenta com o quadrado da velo cidade de gas (fig. 2.12, 1-A), de dcordo com a equaçao

2

-H=

c

1

v

0 , onde c₁ e uma constante. Durante este aumento

de ~ a algum dos pontos A₁ , A₂ e A

3 , cuja posição e deter

minada pelos valores do diâmetro equivalente do orifício e da

vazão de líquido, a estrutura da espuma também varia.

Com um aumento adicional da velocidade de gãs, tem

início uma segunda fase, na qual a alturu. da espuma aumenta

apenas levemente. Nesta fase, a energia di1 corrente de gas e

absorvida principalmente pela~; mudançus que ocorrem na estru

tura da espuma.

Nos pontos B

1 , 13~ c B3 toda u espuma transfor

ma-se em um sistema de gotas e membranas líquidas, suspensas na corrente de gás. Iniciu-se então, a segunda função quadr~

tica (figura 2.12, linha B-2), que 6 descrita pela equaçao 2

H

=

c

2v0 , onde

c

2

é

também uma constante.

Os autores verificaram, no t:ntnnto, n;ue os com altos diâmetros equivalentes de ahcrturu.s e altas livres, não apresentam t<:~is relações. Neste caso·, a

_.

pratos are as segunda função quadrática (figura 2.12, linha la-2} j<i se faZ prese~

1.. .te a baixos valores de v_{0 •}

Considerando

os pontos

A

1, ~

2

, A3

e

B1, B2 , 83

co

Ili.o correspondentes

as

variações

nas

cOndições

hidrodinamicas

na coluna, Rylek e Standart (6) sugeriru.m ser possível utili zar a seguinte equação para a sua determinação:

.", onde

e

--~:- c.~~o

₎

X " (

+

r/4 ( :: -) l/8

0.16 27

!

2 • 6 I ( 2. 7 I

os autores determinaram qu0 para as vazoes de gas e

líquido correspondentes a condições operacionais estáveis (fDQ.

to de retenção) B "' !..95 e para as vazões corres?ondentes ao

final da fase de operação estável {ponto de inundação)

B

=

10, para pratos sl~m vertcdor, tipo grelha.

Com base nos valores de B, Rylck e Standart (6) pr~

puseram as seguintes equações, válidas para os respectivos in tervalos, para o cálculo dct altura da espuma.

Fr

-(t)

Fr . ( :G ) ·

' L

C = . : J : X 3 2 - 10-J -3 C

=

1.10 X lO . U

. c ""

1.10

X lO

-3 onde I-'r = gH (2 .81 2.95 ~ l3,:; 10.0 ( 2. 9 I ,~ ~, O.lS d 6.0 x l0-3m

c

ll 2 10.0

( 2 .lO I

<) 0.30 d >

e

L.O X 10- 3m

(2.111

(2.121

Rylek c Stand,:n-t (6) deno,nin<lram o fator B de ce de condições h idruciinarnicas no!; pratos sc•m vortcdor.

Índi

Da l.Lterutura, VL!rlficu.-:_;e t!i'I('Jlll);.; u correluçil.o cita

da, pura o cálculo da altura da espuma, obl.Lda para

sem vGrtedor do tipo grelha. No pn"scnte trabalho, a

pratos

altura

da espuma será medida cxperimentalmenltO>, sendo unalisada a

sua dependencia em relação cts vazocL-> de q<.Í.s e de líquido e

aos parâmetros geométricos do prato.

Z.6 - POROSIVAVf DA !11STliRA

GÃS-Lf~!:t1DO

Estudos roccntes.sobre as características da transfe

rência de massa d~s colunus de prato::; SC'!Tl vcrtcclor,

que a medida da porosiJc1de .. du. mislurd ·q,ís-líquido

é

mostram ncccssa

iia,· para uma melhor avaliuçã.o dos co,~ficientes de transferên

cia de massa dos filmes liquido e g.:1soso.

A porosidade

é

definida como o. razão entre o volume

ocupado pelas bolhas de ga.s e o volume da dispersão, e

ê

usual

mente medida por meio da altura da espuma (H) e da altura de

liquido (h)'

c = h (2 .13)

H

A maioria dos autores (5), {6), (7) correlacionam a

porosidade em função da velocidade supcrficial de gãs. Dos d~

dos dJsponíveis na Literatura, ver1fica-se que a

aumenta com o aumento da vazão de gás enquanto sua

porosidade

depende~

cia em relação a vazão de líquido e pequena e pode ser despr~

zada ( 7) .

Rylek e Standart (6) rnedlro.rn L'Xpcrimcntalmente a

porosidade, utilizando colunas de pratos sem vertedor

grelha) com diâmetros na faixa 0.12 ~ 1.0 me areas

(tipo

liv1es

29

vazão

de líquiclo con~;tantc, a altura da espuma uumenta, us~3im corno a porosidade da mistura.

Os autores derivaram ent5.o, a seguinte equaçao para

o

cálculo da porosidade:

r

l _0.2 0.21

g.H

I I 2 .14 l E o 1

-

_{--~ l J----:-5 ___}

l

_v2 I

'

u

'

A eguaçuo (2.14) mostra claramente, que a porosid~

de da mistura aumentu com o aumento ela área livre do prato

para u mesma velocidade de gás.

'I'rabalhando com colunas de pratos perfurados sem

vertedor, Mahendru e Hackl (5) mediram a porosidade para

va

rias misturas gás--lÍ'-{uido. Analisando os fatores que influen

ciam a expansão da camada gás-líquido c baseados na teoria da

análise dimensional, os autores deriv.u::~m a seguinte equaçao:

C o l - 0 . 0 9 4 6 ( ' g .h

'

/ .. \ 1

-0. 2

. ( -.;;-) J

. L

onde a altut·a de líquido (h)

é

calculuda atruvés da

I 2.15)

equaçao

(2.:2), também proposta por estes autores. Mahendru e Hackl (5)

vt=;rificaram que com o aumento da velocidade de gás, a vazao

de liquido constante, a altura de líquido aumenta, aumentando

também a porosidade da mistura.

A porosidade ~ uma das caractcristicas b~sicas do

processo de contato gás-líquido, no entanto poucos

autores

se propõem a estudá-la ou mesmo correlacioná-la em termos das

vazões de gás e de líquido, das propriedades físicas da mistu

ra e dos parâmetros geométricos do prato.

No presente trabalho, para a operaçao de um prato

perfurado sem vertedor, a porosidade será determinada através

da equação (2.13), sendo analisada a sua dependencia em rela

cão

às vazões de gás e liquido e aos parâmetros geométricos

•.·

i.

7 -

QUEVA VE

PRESSAú

A queda de pressão de um gas fluindo através de um

prato perfurado, representa uma vanldjosa conversão de cner

gia, a qual

é

gasta no estabelecimento da superfície de conta to entre o gás e o liquido, permitindo deste modo a

rência de massa entre as fases (6).

t.ransfe

A queda de pressão total (f,P)

é

-clefirifda' como a: ·di

ferença de pressão entre os espaçOs de _gás acim.a_ e abaixo do

prato e frequentemente,

é

da"q.a como a soma da queda de pressão·

para o prato seco (11P

1), da queda de pressão na espuma

(

.

'

.

.

e

da

queda

de pressao devidó a tensão superficial do

(4

o /d) :

ôP = _6Pd + 1\P ₊ 4o

e

·cr--i. 7.1 - QUEVA VE PRESSilú PARA ú PRATO SECO (t.Pd)

(LP ) .

e

líquido

I 2.16 l

A queda de pressão para o prato seco, e a queda de pressao do gás fluindo através do pl-ato, quando a vazão de l i

quido

é

nula.

Rylek

seco,

Trabalhando com uma coluna de 0.38 m de diâmetro

e Standart

(6)

mediram a queda de pressão para o prato

na faixa de diâmetros do orifício, d "'l.Sxlü-3 - 9.5xl0-3m

e obtiveram a seguinte equação:

1.8 K v

o o

onde K

0

é

um coeficiente dimensional. Para diferentes

(2.17)

valo

res da área livre, il espessura do prato const:-tntc, estes a~tto

res verificaram que a relação entre K e d

é

linear.

31

De acordo con: Hd!J•,'ndru v l!d;__:k L ( 5) a queda de

pressao para o pra tu S(~cu uud,_, sv 1- '~~I , c ~tl <H1a u t llizc.tndo -se ₀

seguinte métodc1:

12 .1 B)

onde K e uma função da qcor.1c•tr iu do :_JJ..; to ,, pude ser :kotermi

nada atravês das seguir1tcs c~uaç6cs:

K

_"

3.92

1-(;

K 1

c_

1

'

Kl

_-· 0.395 (P/d)O . ..'J.:.') i F) _P/d ,) _-; _'

Kl

_"

0.047 (P/d) 4. 2'~~ ! I • ')i}

_P/J

_{1 • I J ;} -·· r: ~

c

_"

o -0.362 IT/cl) + O.bôl. I

o. _nJ

.

'l'/cl

o .

9 }

c

_"

o.

06 77 IT/dl + Ü. L (_j 3

; c.

9 T/d 1.~88) o 2. 7. 2 - QUEV_A _ _D_E_PRLSSi\G__~A_[_SPU:dA (',P)

A queda de prcss5o na espuma ~ o diferença de pressao entre a suporfícüO> do prato c· o cspitço de gás oc.una da espuma.

Atrav~s da ClJUaçao de BctJloulli, Rylck e St0ndart

(6) mostraram que a queda de nressao na •2spuma pode ser calcu lada segundo a equação:

6P _{e '1:_; yh}

Segundo os autores, esta expressao 6 v5llda

I 2. 19 I

para o cálculo de i\P par<1 o caso de pc1tus que ut.i.li.zam ou nao

vertedor, e tem sido desde então a Gr1lc~ equaçao utilizada

na determinação du queda de pressão na espuma (9); no entanto

nada se sabe, espccificamcnlc, u rc~~PL~ito dos pratos perfur~

dos sem vertedor.

Zelinski c Kafarov {8) csluclilrain a queda de pressao

para os pratos do tipo grelha e vcrificciram que o diâmetro da

coluna influencia forteml;nte no valor de ,:\P. Segundo estes au teres, a diminuição do di5m8tro da coluna causa violentas flu tuações na queda de press5.o, devido a presença de fortes pul:_ sações da mistura g5s-lilJLlido, na direção vertical ao orato.

No presente; tcabalho, a quedc1 de prcssao sera medi da expcr imenta.lmen te, sendo então .:w:1l i sada a sua dependência em relação aos pa1:âmctros geométl"icos do prato e das

de gás e de líquido.

2.8 -

CONCLUSÃO

vazoes

No presente capitulo foi fcitJ uma revisão da lite r atura sobre as dispersões gás - 1 iquido form'-ldos em pratos perfur.-udos sem vertcdor c sobre os pilr:lrnctn)~~ que a

rizam, tais como a alturd Je Jíyuidu c da c~,;puwa,

de da mistura gás - líquido e guedet de pn~ssão.

Pela análise das relações aor0sentadas

caracte

poros ida

conclui-se que os trabalhos que têm sido realjzado sobre os pratos sem vertedor e do tipo "grelha" (Gridtray) não foram amplos no sentido de que nao foram estudados os efeitos de muitos par~

metros importantes para o comportamc.;nto das dispersões gas -- líquido, tais como a área livre do pru.to, o diâmetro da co luna, o diâmetro dos oriflcio e propr_i_cdudes físicas do sistema.

8 relevante portanto, um tr3bu.lho que relacione as características das dispersões gás - líquido formados em pr~

tos perfurados sem vertedor em função dus vazões de gás

e

l í quido, dos parâmetros geométricos do prato (: das propriedades físicas do sistema.

33

CAPITULO -

3

3. PARTE

EXPERIMENTAL

Neste capítulo sao apresentados os equipamentos

e

os sistemas gás-líquido utilizados, ussim como o

to experimental do presente trabalho.

Os experimentos foram realizados em duas

procedime~

colunas

(diâmetros internos de 0.18 me 0.098 m) constituídas de um único estágio. As cal unas eram de vidro de modo a permiti r uma

observação visual das características da dispersâo gãs-liqu!

do fol-mada.

As figuras 3.1 a 3.4 _ilu:olJ-L~:ll Ll Iilonlaqcm cxoeriuen

tal ut.il i zada.

Para a circulação de ar utravés da coluna, utili

zou-se um soprador de 4CV, marca IBRl1.IM. Para evitar o supe!:_

aquecimento do ar, o mesmo foi resfriado através de um res

friador de ar-condicionado, instalado

à

saída do soprador.

O fluxo de ar foi medido utilizando-se placas de

oriflcio (conectada

à

entrada do soprador)~ de L.7.5 e 15.7

rnm

de diâmetro, esta última para experiências com as menores va

zões de ar. Ambas as placas foram previamente calibradas com

um tubo de Pitot, apresentando-se em apêndice l\ os resultados

da calibração.

Para a circulação do líquido, utilizou-se uma bom

ba

centrífuga com motor de indução "Mullory".

O fluxo lÍquido foi medido utilizando-se rotâmetros

Q-Flow por nós calibrados.

3.2 -

PRATOS PERFURAVOS

A tabela 3.1 fornece os dados geométricos dos pr~

tos perfurados utilizados. Os pratos foram construidos utili zando-se latão de espessura 2.1 ITll!l c os orifícios foram perf~

rados em arranjo triangular. Os furos n5o foram chanfrados.

As figuras 3.5 a,b mostram as fotfJgrafias dos pr~

35

'

37

•

e

' '

.

' /~ 1

'

4

I

7

3

-r'

•

'-'

'--'

2 /

•

-~ ,--.,

, f i

1

-

COLUNA DE VIDRO ' 2 - RESERVATORIO 3 - PRATO PERFURADO ' 4 - MANÔMETROS DE AGUA

.

-

ROTA METRO 6 - BOMBA 7 - SOPRADOR 8 - DISPERSOA 9 - VÁLVULAS

39

I

d J

I o;

Diâmetro do prato! (mm) 1 I l. 180.0 I

I

180.0

I

I

L. _•

I

I 3. ! 180.0

I

I

I

4.

180.0 I

I

I

5.

_I

98.0

_I

6. 180.0

I

6.9

2L.O

G.4

10.5 43

8.9

::.::.o

43 10.7 LO:::.ü 1S.2 43 22.0 -~0.

o

40.3 J. ') l3 lO. 7 ··~· L ___ _

Na tabela 3.2. sa.o reldciond.c:os os sistemas qá~-lí

quido testados, e suas prc,prie<ladc!; ff~ic~s.

'rilbela 3. 2. Propried.xlcs

·-·-··---.,---- J -

f isicas dc;s _c, t ~~tc'n~·ts ut1.l i.:~acloo=:

·;···~---··r···---·--c;-· I Cbnc.i'bl.l ''[. 3 ' I JOJ I '{ 'o·_) i

Sistema {, :1 ; JJL X - . " . . '

f-~~--~-

_j__::

C~TJ~ -~-(h_gl~·

l

-~~q/:1, -~---~(k~r~u. s~ -l--{-N~~~~---~

i i '

llr-agua lOOrJ ] 1.11 LO 72.0

Ar- et-..anol 1 ')9J I LJ l 1.2 GS.O Ar-etanol 1 3 1 '::18'5 1 l.ll l.4 ~d.O Ar-etanol j 5 ]

~sn

: J.Jl 1.7 45.0 Ar- e"t<:1nol j__J5

I

1 ).!G 1 1.11 ] 2.4

I

20.S

i

---'-- ____ __]_ __ ·-

----~j

_____ ·---. ---'

41

A altura d..: líquido foi m'--'didc1 at.ravés de um manome tro conectado ã base e localizado no CL!ntro, do prato, confor me a figura 3.6

A queda de prcssâo atrav6s do prato c da dispersâo,

foi m.:di.da por meio de um mZJ.nÔmetro conectZ!do 2. 5 em, abaixo

da base do prato.

3.6. PROCEDIMENTO EXPERIIIlNTAl

···-~---·----·---

---

---Para diferentes pares de vazocs de gás e líquido aguardou-se que a mistura

dindo-se então a altura de

atingisse o estado estacionário, me liquido, il altura da espuma e a

queda de pressão. A seguir foram anotados os aspectos da dis persao gás-líquido, assim como os tipos de oscilações obser vadas .

. F!GUR,\ 3.6 • INSTALAÇÃO DO /.1,\NiJ/.IlTIW PARA 'I(Pir!A VA AITUI'A DE

CAF'ÍTULO ~ .J

4.

I I

NTROVUÇ

,\0

No presente capitulo sao uvrcscnta~os os

dos experimentais obtidos no estudo do.s dispersões

43

resulta

gás -

l.f

quido em pratos perfurados sc:>m vertcdor. Foram utilizadas

duas colunas de diâmetros 0.18 e 0.098 m tendo-se variado a irea livre de escoamento dos pratos na faixa G a 20~. Os

sistemas gás - liquido utilizados foram ar - água e ar so

lucões de etanol.

Apresentaremos um estudo dos tipos de formados em pratos perfurados sem vertedor, dos

dispersões movimentos oscilatórios presentes nestas dispersões e dos parâmetros que

a caracterizam, tais como altura de liquido, da espuma, por~

sidade, queda de pressão em função das vazões de gás e

líqul

4.

2 - R[Gl/oi[S

VC FLUXO

Nesta seçao, sao aprcscntud.J.s as observações visUJ.is

do ast-Jecto da mistura g.is-líquido. Lsta~; observações, foram

registradas quando os valores das alturas de liquido e da es puma, e da queda de pressão, assim como o próprio aspecto da dispersão, atingiam o estado estacionário.

As tabelas 4.1 a 4.4 mostram os regimes de

das dispersões gás-líquido, observados para todos os estudados.

No prato com 6~1; de area livre (tabela 4.1)

bulhamento" esteve presente para todas as vazões de

estudadas (L= 22.2- 50.7 kg/h), até uma vazao

o fluxo pratos "Bar líquido de gas

G :li!: 48.6 kg/h. Nestas regiões, o aspecto da dispersão era o

de uma espuma, com estrutura celular, cuju turbulência aumen

tava, com o aumento da vazão de lí~uido. A partir de

G

=

48.6 k.g/h, a espuma apresentava uma forte turbulência

e movimentos oscilatórios, caracter.izJ.ndo o início da fase

"Froth n .

No caso do prato com lOõ de "

ilrca de escoamento (ta bela 4.2), para as vazocs L = 63.0 kg/ll c G ~ ~8.4 kg/h nao

no prato. Com o .Jumento ela vazão

houve retenção de líquido

de gás, a L= 63.0 kg/h , uma camada de 1Íquido_foi formada ,

dando início a "ação borbu1hântc11

no pre~to. Desta forma para L= 6.3.0 kg/h e G = 34.6 a 44.6 kg/h u rcyimc de fluxo foi o

.

.

·correspondente ao início do ·processo de ~'Dorbu1hamento". Para

a vazão de líquido L= 135.0 kg/h o 11

B.orbulhamento" esteve I?resente até G;.; 34.6 kg/h, quando a espuma tornava-se forte

mente turbulenta e com movimentos osci1dtórlos - fase "Froth".

Para as vazões L

=

231.1 e 330.1 kg/h c G

=

..:::8.4 a 44.6 kg/h

a dispersão gás-líquido era do tipo "Froth", com movimentos oscilatórios mais acentuados.

No prato com 15~; de area livre (tubc1a 4 .3) para L

=

180.0 kg/h e G

=

34.6 a 44.6 kg/ll, não houve retenção de

45

...

• • •

VAZAO DE VAZAO DE GAS ( Ki/tl) • LIQUIDO I Ko I h I 2

e.

4 40.0 4 8.8 63.4 22.2 9 B F F · - ·---· 2 7.6 B B F F 39. 1 B B F F .. ~0.7 B B F F

---

----"

" " " B ~ BORBULHAMENTO

-

F _• FROTH

TABELA ( 4.1) Regimes de fluxo

•

Sistema : ar - OQUO

.

-

-

'

VAZAO

DE

VAZAO

DE

GAS (Kg/h)

'

.

liQUIDO ( l<g/h, 28.4 34.8 40.0 44.6 '•' _{• '}

.

,88.0

-

B

.

B B 13~.0 B B F F 231.1 F F F F 330.1 F F F F B • "BORBULHAMENTo''

-

F • "FROTH"

TABELA ( 4.2) Regimes de fluxo

.

Sistema : ar ~ ogua

.

47

VAZÃO DE VAZAO • DE GAS ' ( K g / h )

' LIQUIDO ( Kg I h ) 34.6 40.0 44.6 48.6 63.4 180.0

-

-

8 8 8 231.1

-

8 8 8

•

281.9 8 8 8 8 F 330.1 8 8 F F

-443.9 B F F F

-8 • "BORBULHAMENTo''

-

F •

"

FROTH

"

TABELA ( 4.3) Regimes de fluxo

'

Sistema : ar - agua

•

~

'

VAZAO DE VAZAO DE GAS I Ko I h I

' LIQUIDO ( K t I h I 63.4 79.9 90.7 110.9 128.2 63.0

-

-

8 F F 96.1

-

-

_{8 F} F 138.0

-

8 B F F 180.0

-

8 8 F F 231.1

-

•

F F F 281.9

•

•

F F F 384.1

•

-

F F

-443.9 B

-

F F

-8 • "eOABULHAMENTO"

-

F • "FROTH"

TABELA ( 4.4) Regimes de fluxo '

Sistema : ar - oguo

'

49

do tipo "Uorbulhamcnto", cun:.>tituindu-:_;c apenas em uma camcJ.da liquida, atrav&s da qual dS bolhas de ~is fluiam verticalmen

te. P;Jra L = 231.1 kq/h , o líquido comcçou o. ser retido no prato a partir de G = 40.0 kg/h , quando se iniciou o "Borbu

lhamento". Entre G = 40.0 c G3.4 kg/h (L = 231.1 kg/h) a qua!:!:_

tidade de espuma aumentou, assim como a turbulência, não dei

xando porém as característicus de bori:Julhamento. Finalmente a G

=

63.4 kg/h a espuma adquiriu um aspecto altilmente turbuleg to, iniciando-se os movimentos oscilatórios, o que caracteri

za a fase "Froth".

Para L

=

..-:81.9 a 443.9 kg/h o "Borbulhamento" Ja es

tava presente quando G = 34.6 kg/J-1. Para a vazão L = 281.9 kg/h,

este tipo de dispersão persistiu at~ G

=

63.4 kg/h, quando mudou para uma espuma turbulenta, com movimentos oscilatórios.

Para as vazões L = 330.1 c L = 443.9/kg/h, a trans~

çao entre a fase "Borbulhamento" e r:t fa~e "Froth" ocorreu a

G

=

44.6 e G

=

40.0 kg/h , respectivamente. Para estas duas Últimas vazões de líquido, não foi possível operar a coluna quando a vazão de gás era de 63.4 kg/h. A esta vazão de gas,

a forte turbulªncia no interior da mistura, causou um arraste excessivo de líquido, assim como vibruçõcs por parte da colu

na.

No ca~o do prato com .::.0% ele drca livre {tabela 4. 4 ), para as vazões

r.

=

63.0 o 96.1 kg/h

ser retido no prato a G = 90.7 kg/h

o lic1uido começou

rJuando se iniciou

a o

11

Borbulhamento" i a G "' 110.9 k'"::J/h a dispersão mudou então p~ ra uma "Froth", corn alta turbulência c· um Jnovimcnto oscila tório constante. Para as vazões L = ]_JS.U 180.

o

o

2.31.1 kg/h,

a ••ação borbulhante'' teve inicio a G ~ 79.9 kg/h, mantendo-se

na forma de uma espuma de estrutura c ... _,1ula.c, com baixa turbu

1ência até G == 110.9 kg/h (para L= lJS.ü

o

180.0 kg/h) e G = 90.7 kg/h {para L = ~31.1 kg/h) 1 qudrH]O a dispersão fk"1Ssou

a ser do tipo "Froth". Para as v a zoe;"'

r

~ )(}]

,,

384. _{j__} e

'

443.9 kg/h o "Borbulhamento" teve início a G - 63.4 kg/h

mu

dando para uma dispersão

uo

t_ipo "Fruth" a G ... 90. 7 kgjh _'

jos

movimentos oscilatórios tornavCJ.m-éõc mui.s uccntuaclos a

me

dida

que a vazão de gás aumentava. Finalmente , para estas

duas últimas vazões de líquido, não foi possível operar a co

luna quando G = 128.2 kg/h , pelos motivos u.presentados no ca

so do prato com

15%

de área de escoamento.

Da análise acima, verifica-se que os diferentes re

girnes

de fluxo podem estar presentes sob faixas distintas de

vazões de gás e de líquido, e em extensões yue dependem

pri~

51

4. 3- OSCILACOES DAS FASlS

De acordo com o capítulo 4 1 o estudo dos movimen

tos oscilatórios presentes durante a operação de uma coluna

de pratos, só tem sido feito para o caso dos pratos que uti

lizam vertedor.

No presente trabalho, foram observudos movimentos oscilatórios semelhantes u.os descritos por Biddulph (1)

Oscilações semelhantes a do tipo "full-wave" ocorre

ram

durante

a

operaçao

do

prato

com

15 ~' de

are a

livre, para

as vazoes G = 44.6 e 48.6 kg/h e L = 330.1 c 443.9 kg/h. Da

mesma forma, oscilações semelhantes ao tipo "half-wave" esti

veram presentes nos pratos com 15 e 206 de área livre.

No prato de 15% tais oscilações ocorreram para as

vazoes G

=

63.4 kg/h e L = 231.1 kg/h . No caso do prato de

20%, a "meia onda" esteve presente para G = 90.7 kg/h (L=

= 231.1 - 281.9 kg/h), G = 110.9 kg/h (L = 135.0 - 281.9 kg/h)

e G

=

1L8.1 kg/h (L

=

63.0 181.9 kg/h)

Comparando os dois tipos de oscilações para o pr~

to com 15% de área livre, verifica-se que a vazão de gás em

que tem lugar a oscilação do tipo "full-wave"

é

inferior aqu~

la em que a "meia onda" está presente, caructerizando-se co

mo um movimento oscilatório típico de baixas vazoes de gas.

Para os pratos com 6 G 10% de área livre não se

observou experimentalmente, nenhum destes dois tipos de osci

lações, para as faixas de vazões estudadas.

No presente trabalho, foi observado, no entanto um

outro tipo de movimento oscilatório.

Neste movimento oscilatório, a mistura gás--líquido

na forma de uma "meia onda", colide de lado a lado com as p~

redes da coluna, perpendicularmente

à

dircç5.o do fluxo líqu.:!:_

do e simultaneamente executa um movj_fllt.mto rotacional (figura

CD

F1GURA 4./.a - ,'<!OVL'.it.'-HO L'SC1LATCÍRH1

U.-\ CI.Sí'li~SAO {~,\S .. L[QUIDO

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FIGURA 4. 1. b _ ;\!OVIAIENTO OSC1LAT0RIO DA DISPERSAO GÁS-LÍQUIDO

E/.1 PRATOS PlRfliRADOS 51',1 Vli<TEDOR.