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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Contribuição ao estudo experimental e em CFD da fluidodinâmica de colunas de bolhas com aplicações na separação de misturas oleosas e processamento mineral por ar dissolvido
metadata.dc.creator: Ribeiro, Jânio Alves
metadata.dc.contributor.advisor1: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Ataide, Carlos Henrique
metadata.dc.contributor.referee1: Duarte, Claudio Roberto
metadata.dc.contributor.referee2: Béttega, Rodrigo
metadata.dc.contributor.referee3: Freitas, Luis Alexandre Pedro de
metadata.dc.contributor.referee4: Corrêa, Ronaldo Guimarães
metadata.dc.description.resumo: Colunas de bolhas são equipamentos utilizados em diversas operações unitárias na indústria química, de alimentos, têxtil, dentre outras. As colunas de flotação e os inversores de fases são exemplos de colunas de bolhas utilizadas em processos de separação. Devido às grandes interações entre as fases contínua e dispersas são equipamentos de simples operação, porém que apresentam fluidodinâmica bastante complexa. Este trabalho trata do estudo das interações fluidodinâmica das fases de uma coluna de bolhas de geometria cilíndrica não regular, que pode ser operada tanto por ar disperso quanto por ar dissolvido. O trabalho foi realizado em duas frentes distintas que se inter-relacionam: a) estudo experimental e em CFD de fluidodinâmica da colunas de bolhas b) estudo de aplicação da coluna operada com microbolhas em processos de separação. Na primeira frente de estudos objetivou-se estudar a influência de suas características geométricas e das vazões de alimentação e de recirculação, nas propriedades fluidodinâmicas de três regiões da coluna de bolhas. Nesta etapa foram estabelecidos modelos que possibilitam relacionar as variáveis operacionais com as propriedades analisadas. Na segunda frente objetivou-se estudar a aplicação da coluna, tanto no processo de separação de misturas oleosas, compreendendo a faixa de 50000 ppm v/v até 600 ppm v/v, quanto no beneficiamento do minério apatita de granulometria fina, pelo uso de microbolhas. Nas separações oleosas utilizou-se como agente químico o polímero floculante álcool polivinílico a 20 ppm. Os maiores valores de eficiência e taxa de recuperação de óleo por inversão de fase, obtidos na faixa de concentrações de 50000 a 10000 ppm e volumes de emulsão de 0,76 a 2,24 L foram respectivamente 95% e 0,02 L de óleo/min respectivamente, obtidos para os maiores valores de concentrações e os maiores volumes de emulsão. Na separação da emulsão com concentração de 600 ppm, foram obtidas as maiores eficiências para o equipamento operando com os números e disposições dos bocais 0/4, 0/5, 1/5, 4/2 e 5/1, obtendo-se para os casos efluentes que atendem às normas brasileiras de descarte de efluentes oleosos com tempos de retenção hidráulicos entre 21 e 32 segundos. Na aplicação da coluna de bolhas na flotação da apatita, os maiores teores de P2O5 podem ser obtidos para a coluna operando com vazão de recirculação em 0,75 L/min, concentração de sólidos em 12%, pH em 11,5, entrada de recirculação em 0,65 m e com mistura saturada alimentada pelo flange intermediário, quando é esperado um teor próximo de 36% e recuperação por volta de 90%.
Abstract: Bubble columns are equipments used in many unit operations on food, textile and chemical industries. Flotation columns and phase invertors are examples of bubble columns used on separation processes. Due to the great interaction between continuum and disperse phases, they are equipments of simple operation, but present a very complex fluid dynamics. This thesis is about the fluid dynamics interaction between phases of a non regular cylindrical bubble column which may be operated by dissolved air or dispersed air. The work was conducted in two distinct fronts that are interrelated: a) experimental and CFD studies of the bubble column fluid dynamics b) study on the application of the column operated with micro bubbles in separation processes. The first front aimed to study the influence of its geometrical characteristics and the operational variables feed and recirculation flow on the fluid dynamics properties on the three regions of the bubble column. On this stage, equations that allow relating the operational variables with the properties analyzed were established. The other front aimed to study the column application operating with dissolved air on the separation process of oily mixtures ranging from 50000 ppm v/v to 600 ppm v/v, as well as on the fines apatite beneficiation. On oily separations the flocculant polymer polyvinyl alcohol 20 ppm was used as the chemical agent. The higher values of efficiency and oil recovery rate by phase inversion, obtained on concentration range of 50000 to 10000 ppm and emulsion volumes of 0.76 to 0.24 L were 95% and 0.02L of oil/min respectively, obtained on the higher concentration values and the higher emulsion volumes. On the emulsion separation with concentration of 600 ppm, the higher efficiencies were obtained for the equipment operating with the number and diffuser disposition 0/4, 0/5, 1/5, 4/2 e 5/1, obtaining on these cases, effluents which meet the Brazilian norms of disposition of oily effluents with hydraulic retention time (HRT) between 21 and 32 seconds. On the bubble column application on mineral processing, the higher contents may be obtained to the column operating with a recirculation flow of 0.75 L/min, solids concentration of 12%, pH of 11.5, inlet recirculation 1.05 m above the base, and with saturated air feed by the intermediate flange, when it is expected a content of about 36% and recovery of about 90%.
Keywords: Separação (Tecnologia)
Bolhas (Física)
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: RIBEIRO, Jânio Alves. Contribuição ao estudo experimental e em CFD da fluidodinâmica de colunas de bolhas com aplicações na separação de misturas oleosas e processamento mineral por ar dissolvido. 2012. 267 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2012.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15060
Issue Date: 16-Sep-2012
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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