Reatores de leito fluidizado : um estudo da correlação para remoção de íons cobre de efluentes líquidos para o mecanismo de transporte de massa

Abstract

Resumo: Um dos grandes problemas das indústrias de processamento de minérios, galvanoplastia e metalurgia extrativa é a alta toxicidade dos seus efluentes, por conter metais pesados tais como cobre, chumbo, zinco e outros. O tratamento destes efluentes vêm sendo intensificados por questões de ordem econômicas e ambientais. Neste trabalho foi obtida uma correlação através da metodologia do teorema p ou de Buckinghan que representasse o mecanismo de transporte de massa para remoção de íons cobre de efluentes líquidos. Para a obtenção do coeficiente de transporte de massa foram realizados vários experimentos, análises voltamétricas e alguns softwares computacionais foram utilizados como material de apoio. Neste estudo foi utilizado um reator de leito particulado, com configuração perpendicular tendo como parâmetro do sistema: as expansões que correspondem as variações da porosidade (e) e as correntes aplicadas (I). Através das análises voltamétricas foram obtidas informações sobre a reação de cobre em soluções diluídas e também os parâmetros eletroquímicos. Estes parâmetros foram obtidos com o auxílio de uma simulação matemática. Desta forma identificou-se à região em que realmente o processo de transporte de massa estava predominando e também a influência das reações paralelas. A partir dos dados experimentais foram determinadas as figuras de mérito como: a eficiência de corrente, consumo energético e rendimento espaço-tempo. As condições limites foram obtidas mediante análise da curva do decaimento da concentração com o tempo. As condições limites obtidas confirmaram o estudo realizado através da simulação matemática. As curvas de decaimento da concentração com o tempo foram ajustadas através das suas respectivas equações, com o objetivo de se obter maior precisão dos dados a serem utilizados na correlação. As qualidades das equações ajustadas foram verificadas por meio do coeficiente de correlação múltipla ao quadrado (R2), teste F e análise de resíduos. A correlação entre os grupos adimensionais foi desenvolvida com os dados da condição limite, obtendo um ajuste de correlação de 98,36%, implicando em boa qualidade do ajuste dos pontos experimentais e conseqüentemente conseguindo representar os mecanismos de transporte de massa no sistema estudado.

Abstract: One of the greatest problems of ore processing, metal finishing and extractive metallurgy industries is the high toxicity of some of their effluents, containing heavy metals as: copper, lead, zinc and others. The treatments of these effluents are becoming an increasingly important issue because of growing economic and environmental concerns. In this work the correlation between the dimensionless numbers was gotten using p or Buckinghan Theorem, that represented the mass transport mechanism for removal of copper ions from liquids effluents. This mass transport coefficient was calculated using, many support material as voltammetric analysis and a sort of different software. In order to achieve the experiment goals, a particulate bed reactor with perpendicular configuration was used and the system parameters were: the expansions of bed (e) and current applied (I). Voltammetric analysis were carried through to get information from copper reaction in diluted solutions and to get the electrochemical parameters. These parameters were gotten through a mathematical simulation. Indeed, it was possible to foresee in which region the mass transport mechanism was predominating and also to determine the influence of the parallel reactions. By virtue of data experiments were possible to determine the merit figure as: current efficiency, energy consumption and time-space yield. The limit conditions were obtained due to the analysis of the element concentration decay curve related to time. These limit conditions were confirmed by mathematical simulation. The concentration decay versus time curves had been adjusted through equations, the main goal was getting better data precision, which was used in the correlation. The quality of adjusted equations was verified by using the multiple coefficient correlation to the square (R2), F test and residual characteristics analysis. The correlation obtained between the dimensionless numbers, developed using the limit conditions data, was 98,36%. Implying in good quality of the adjustment of the experimental points and consequently representing the mechanisms of mass transport in the studied system.