- Os gases produzidos num forno de calcinação de borra de zinco têm as seguintes características:
Vazão de
a
e 700 mmHg e densidade
.
Estes gases arrastam partículas sólidas de cloreto de zinco, de diâmetro mínimo em torno de
e cuja quantidade foi avaliada como sendo da ordem de
. Por constituir um poluente tóxico e irritante, o cloreto de zinco deverá ser eliminado quase integralmente da corrente gasosa que vai ser lançada na atmosfera. Que tipos de equipamentos você sugere? Justifique quantitativamente a resposta.
Vazão de
Estes gases arrastam partículas sólidas de cloreto de zinco, de diâmetro mínimo em torno de
Passo 1
O enunciado nos dá uma corrente gasosa com:
– Vazão volumétrica a
e
.
– Densidade do gás .
– Partículas de cloreto de zinco de diâmetro mínimo .
– Massa arrastada .
Precisamos quase eliminar totalmente essas partículas antes de lançar o gás na atmosfera. O conteúdo que vamos usar é o cálculo de concentração, eficiência de remoção e comparação de tecnologias típicas: ciclone, lavador de venturi, precipitador eletrostático (ESP) e filtro de mangas.
– Vazão volumétrica
– Densidade do gás
– Partículas de cloreto de zinco de diâmetro mínimo
– Massa arrastada
Precisamos quase eliminar totalmente essas partículas antes de lançar o gás na atmosfera. O conteúdo que vamos usar é o cálculo de concentração, eficiência de remoção e comparação de tecnologias típicas: ciclone, lavador de venturi, precipitador eletrostático (ESP) e filtro de mangas.
Passo 2
Calcular a massa de partículas por segundo e a concentração no gás:
A concentração mássica média é
Passo 3
Qual eficiência precisamos? Suponha que o limite de emissão seja da ordem de
. Então a fração remanescente
deve ficar
. A eficiência mínima exigida é
Passo 4
Avaliação de um ciclone simples
– Para um ciclone típico a velocidade típica no corpo é , diâmetro característico
e número de voltas
.
– A expressão empírica de Lapple para o diâmetro de corte é, em forma simplificada,
– Para um ciclone típico a velocidade típica no corpo é
– A expressão empírica de Lapple para o diâmetro de corte
Para partículas de densidade
e viscosidade do gás
, obtém-se
na ordem de
. Logo, um ciclone sozinho só tira
de partículas acima de
, mas quase nada em
. Ineficiente para nosso caso.
Passo 5
Lavador de Venturi
– É excelente para partículas finas porque captura por inércia e difusão em gotas de líquido.
– Para um Venturi com perda de carga e
, tipicamente se alcança
para
.
– Desvantagem: consome água e gera efluente líquido a tratar.
– É excelente para partículas finas
– Para um Venturi com perda de carga
– Desvantagem: consome água e gera efluente líquido a tratar.
Passo 6
Precipitador eletrostático (ESP)
– A rapidez de migração das partículas é
– A rapidez de migração das partículas é
onde
é carga da partícula e
a intensidade de campo. Para um ESP bem dimensionado
.
– A eficiência é
– A eficiência é
em que
é a área de coleta. Se
,
e
,
mas aumentando
para
e
para
, chega-se a
Com otimização do campo e área de placas, ESP’s industriais conseguem
para
.
Passo 7
Filtro de mangas (baghouse)
– Remove partículas até tamanho com eficiência
.
– Requer que a temperatura do gás seja reduzida a (limite do tecido).
– Baixa perda de carga ( ) e alta eficiência.
– Remove partículas até tamanho
– Requer que a temperatura do gás seja reduzida a
– Baixa perda de carga (
Resposta
Sugiro um arranjo em dois estágios:
- Pré-limpeza por ciclone para remover partículas
(eficiência ~90%). - Tratamento principal por um ESP bem dimensionado (área de placa
, campo forte) ou por filtro de mangas caso se possa resfriar o gás abaixo de .
Ambas as opções alcançamde remoção para partículas de , atendendo à exigência quase integral de eliminação do cloreto de zinco.