Coluna de bolhas



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COLUNA DE BOLHAS



OPTIMIZAÇÃO DO DIMENSIONAMENTO

1. DADOS
Q; COD (remoção) ; C0 ; C ; comp ; bomb

2. EQUAÇÕES DO CÁLCULO TÉCNICO (dados a azul):
do balanço ao O2 no líquido:

(1) COD + (C - C0) = KLa.(C* - C)ln . tR (mole/m3)


da correlação do KLa e respectivas variáveis:

(2) KLa = 2  c1 (vG) (correlação de LEQ IV corrigida para diâmetro de bolha de metade)

em que vG é o valor médio (i.e. a meia altura) da velocidade superficial do ar na coluna, calculado a partir do caudal de ar QG em volume (condições PTN) injectado no fundo:


  1. vG = QG / (1 + ½ HL /10,3) / (D2/4) [Nota: 1 atm standard = 10,3 m coluna de água]

da definição da força motriz média (média logarítmica):




(4)


(C*)fundo = (CG)fundo / m m (coef.partição O2 a 20ºC) = (0,21/22,4.10-3) / (8,8/32)= 34,1

(CG)fundo = (CG)ar .(1 + HL /10,3) c/ (CG)ar = 0,21 / 22,4.10-3 = 9,375 mole/m3

(C)fundo = C .(1 + HL /10,3)

(C*)topo = (CG)topo / m

do balanço ao O2 na fase gasosa:

(CG)topo = (CG)arQ.[ COD + (C - C0) ] / QG

(C)topo = C
do tempo de residência e respectivas variáveis:

(5) tR = VL / Q

(6) VL = HL . D2/4

altura da coluna



  1. H = HL / (1 - )

  2.  = c2 (vG) (correlação experimental de LEQ IV)

para o cálculo das potências consumidas:

(9) Ptotal = Pbombagem /bomba + Pcomp /comp

(10) Pbombagem = Q . gHL

(11) Pcomp = f (QG, p) (compressão adiabática)



  1. p = g (HL + 2) (1 m col.água nas tubagens + 1 m col.água nos dispersores)



  1. GRAUS DE LIBERDADE



  1. CONSTRUIR MATRIZ ESTRUTURAL



  1. VARIÁVEIS DE OPTIMIZAÇÃO E ITERATIVAS



  1. SEQUÊNCIA DO CÁLCULO TÉCNICO



  1. RESTRIÇÕES NO CÁLCULO TÉCNICO




  • H  25 m

  • HD

  • vG limitada pelas características dos dispersores (ver abaixo)



  1. CARACTERÍSTICAS DOS DISPERSORES




  • Tipo: difusores de membrana (Setal/Degrémont)

  • Tamanho de bolha: 2 – 3 mm (típico dos dispersores porosos, vd. Aeration cap.4)

  • Área/difusor: 1 – 2 difusores/m2

  • Consumo: 5 – 7 Nm3/h/difusor [Nm3 = m3 @ PTN]

  • Perda de carga: 1 m col.água (final) + 1 m col.água nas tubagens

  • Custos típicos: 25 € / difusor com montagem

tubagem inox N100 por 560 € / 8m com montagem



  1. FLUXOGRAMA DO CÁLCULO TÉCNICO-ECONÓMICO COMPLETO

JV 2006




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