Orientadores : Sandra Cristina dos Santos Rocha, Katia Tannous

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e montagem de um leito vibrofluidizado juntamente com um sistema de amostragem para o estudo fluidodinâmico e a secagem de ácido adípico. A distribuição granulométrica do material encontra-se na faixa de 75 a 600 µm e densidade de 1340 kg/m3....

Resumo: Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e montagem de um leito vibrofluidizado juntamente com um sistema de amostragem para o estudo fluidodinâmico e a secagem de ácido adípico. A distribuição granulométrica do material encontra-se na faixa de 75 a 600 µm e densidade de 1340 kg/m3. O ácido adípico é muito utilizado na produção do fio de Nylon e entre os ácidos alifáticos dicarboxílicos é o mais importante. O conteúdo de umidade do produto comercial é de aproximadamente 0,25 % b.u. O material utilizado, o ácido adípico, apresenta dificuldades em atingir o regime de fluidização em leito fluidizado convencional, quando úmido. O efeito da vibração ajuda a manter o aglomerado em estado móvel, quando úmido, e melhora a taxa de circulação com quebra das bolhas, quando seco. O estudo fluidodinâmico foi realizado a partir das curvas de queda de pressão em função da velocidade do gás para o leito fluidizado convencional e vibrado. Verificou-se uma redução na queda de pressão na condição de mínima fluidização entre 4 e 32% e com o aumento da carga de partículas o efeito da vibração foi reduzido. As curvas fluido dinâmicas obtidas representaram reprodutibilidade das curvas apresentadas na literatura (Strumillo, 1980). A influência da distribuição granulométrica do ácido adípico no comportamento fluido dinâmico foi acompanhado com o aumento da freqüência de vibração imposta ao sistema. A análise do fator de vibração em função da freqüência de vibração mostrou que as partículas menores foram mais afetadas pelo efeito da vibração, comparando com as partículas maiores. A análise estatística mostrou que a queda de pressão e a velocidade na condição de mínima vibrofluidização foram fortemente influenciadas pela carga de partículas presentes no leito; observou-se o deslocamento das superfícies de respostas variando a carga de partículas. O estudo fluidodinâmico realizado com o material úmido mostrou que as forças interpartículas existentes no material umidificado artificialmente atuam de forma diferente comparadas às forças existentes no material úmido proveniente do processo de cristalização. O processo de secagem do ácido adípico é uma etapa importante, pois determina a qualidade do produto final, tanto em nível de conteúdo final de umidade, como de especificação do tamanho e forma dos cristais. O sistema de amostragem desenvolvido no trabalho apresentou bons resultados e praticamente não causou variação da massa do leito de partículas nos experimentos de secagem. As curvas de secagem obtidas no trabalho mostraram a existência dos dois períodos de taxa de secagem, constante e decrescente. O menor conteúdo de umidade final encontrado nos experimentos foi de aproximadamente 0,55% b.u. e a especificada para o produto comercial é de 0,25% b.u. Esse conteúdo de umidade pode ser alcançado em condições operacionais diferentes dos experimentos realizados no presente trabalho. Observou-se a variação do conteúdo de umidade com o tamanho do cristal, visto que o material apresenta uma ampla distribuição de tamanho -75 a 600 µm. Os resultados obtidos com as curvas das isotermas de dessorção à temperaturas de 40 e 60°C mostraram que a dessorção do material praticamente independe da umidade relativa do ambiente para as temperaturas analisadas. O material seco na indústria e no leito vibrofluidizado desenvolvido no trabalho apresentaram boa fluidez, o que foi verificado com os resultados de ângulo de repouso e Índice de Hausner obtidos no equipamento "Powder Characteristics"

Abstract: The objective of this work is the development and building of a vibrofluidized bed and sampling system for the fluid-dynamic study and drying of adipic acid. The adipic acid investigated in this work presents partic1e diameter in the range of 75 - 600 µm and density of 1340 kg/m3. Adpic...

Abstract: The objective of this work is the development and building of a vibrofluidized bed and sampling system for the fluid-dynamic study and drying of adipic acid. The adipic acid investigated in this work presents partic1e diameter in the range of 75 - 600 µm and density of 1340 kg/m3. Adpic acid is the main intermediate product in the synthesis of Nylon. It is the most important of all aliphatic dicarboxylic acid. The moisture content of commercial product is 0.25% w.b. The wet or moistened adipic acid has a tendency to agglomerate. In such case, fluidization does not occur and the partic1e can not be treated in conventional fluidized bed. The effect of vibration helps to maintain the agglomerate in mobile state, when wet, and it improves the circulation ofpartic1es by breaking of the bubbles, when dry. The fluid-dynamic study of the vibrofluidized bed has been done through the fluidization curves for both systems, conventional and vibrated, to verify the pressure drop variation versus air velocity as function of the vibration parameters, frequency and amplitude. The minimum fluidization pressure drop in vibrofluidized bed was found to be lower than in a conventional fluidized bed. With vibration imposition, it has been obtained a decrease on the minimum fluidization pressure drop in the range of 4 - 30%. The effect of vibration had a considerable attenuation on the minimum fluidization pressure drop with increase in the load of partic1es. The reproduction of distinct fluidization curves was obtained in this work as in the literature for a vibrofluidized bed (Strumillo, 1980). The influence of the partic1e size distribution was investigated through the fluidization curves for different vibration parameters. The curves obtained of vibration factor versus vibration frequency showed that for a fixed load, the smaller partic1es are more affected by the vibration than the larger ones. The statistical analysis showed that the minimum fluidization pressure drop and air velocity were influenced strongly by the load of particles, the displacement of the fitted surface was observed varying the load of particles. The fluid-dynamic study with the wet material showed that the interparticle forces in the artificially moistened material act in a different way compared to the existent forces in the industrial wet material, coming from the crystallization process. The drying process of adipic acid is an important stage, because it determines the quality of final product: moisture content and specification of the size and form of the crystals. The sampling system developed in this work presented good results and, practically, did not cause variation of the mass in the bed of particles in the drying experiments. The drying curves analysis showed two steps, constant and decreasing drying rates. The smallest final moisture content obtained was of 0.55 % w.b., while for the commercial product is of 0.25 % w.b. This final moisture content can be reduced by changing the operational conditions, like increasing the air temperature. The variation of the moisture content was observed for different sizes of crystals, due to a wide distribution of size, 75 - 600 µm. Sorption isotherms were determined at 40 and 60°C. The analysis of sorption isotherms curves showed that the moisture content is not related to water activity. The results of repose angle and Hausner lndex obtained in the equipment "Powder Characteristics" showed that the dry adipic acid in the industry and in the vibrofluidized bed developed in this work presented good flowtability