Análise energética do processo de secagem de areia em leito fluidizado

Abstract

Este estudo tem como finalidade analisar um processo de secagem de areia em leito fluidizado através do balanço energético, elaborado por meio de um modelo matemático específico para calcular a quantidade de combustível necessária ao processo em função do excesso de ar. Todos os itens do processo, como pressão, temperatura, vazão de areia, umidade inicial da areia, e outros, são considerados a fim de demostrar o funcionamento do processo de secagem do material em leito fluidizado, e sua eficiência energética. O leito fluidizado é utilizado em diversos processos industriais, tais como gaseificação, pirólise, secagem de grãos e areia industrial, entre outros. Este assunto é desenvolvido considerando quantidade de material e granulometria, velocidade do gás, excesso de ar na produção do escoamento quente, bem como o tipo e quantidade de combustível adicionado no sistema. Dois combustíveis são considerados: o gás natural e o gás natural renovável (biometano), sendo os custos de operação com cada um deles comparados. Mesmo que um sistema já esteja em ponto de fluidização, os teores de umidade inicial e final da areia no equipamento de secagem por fluidização devem estar correlacionados com a quantidade de combustível e excesso de ar do sistema. Essa correlação demonstra os ajustes necessários (variando-se o combustível e excesso de ar, considerando as características de mudança de fase da areia - vitrificação) que produzirá o melhor desempenho do equipamento.

Fluidized bed reactors are used in various industrial processes, such as gasification, pyrolysis, grain and industrial sand drying and others. This type of reactor is developed considering the amount of material and granulometry, gas velocity, excess air in the generation of the hot flow, and the type and amount of fuel supplied to the system. This study aims to analyze a process of drying sand in a fluidized bed through the energy balance of the system. The analysis was done using a specific mathematical model to calculate the amount of fuel required for the process as a function of excess air. The most important process factors such as pressure, temperature, sand flow, initial sand moisture content and others are considered to demonstrate the operation of the fluidized bed drying process and its energy efficiency. Two fuels are considered: Natural gas and renewable natural gas (biomethane), and the operating costs with each are compared. Even if a system has already reached the point of fluidization, the initial and final moisture content of the sand in the fluidization dryer must be correlated with the amount of fuel and excess air in the system. This correlation shows the necessary adjustments (by varying the fuel and excess air, taking into account the phase change properties of the sand - vitrification) that will lead to the best performance of the system.