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Previous issue date: 2009-03-09 === Financiadora de Estudos e Projetos === The objective of this Doctoral Thesis was to analyse the fluidynamics and the heat and mass transfer of paste drying in a spouted bed under transient operation and to obtain
detailed experimental data on the disturbed response of the system due to the presence of the liquid phase. This work also comprises the application of a CST model to predict temperature and moisture profiles in both the gas and solid phases. The paste-like matter employed in the experiments was distilled water, wastewater sludge, skim milk, homogenized whole egg and calcium carbonate. For each one
of these pastes, experiments were done in two different spouted bed configurations (full and half column bed) operating with different feed rates, under inlet spout air flow rate at 15 and 30 % above the minimum spouting velocity and temperatures of 80 and 100 °C. In the full column spouted bed, measurements of inlet air flow rate variations, pressure drop, inlet air temperature, particle bed temperature at three axial positions in the annulus, outlet air temperature, dry and wet bulb temperatures at the cyclone exhaust and moisture content of powder and paste coat of inert particles were done. For the half column spouted bed, measurements of inlet air flow rate variations, pressure drop, inlet and outlet air
temperature, dry and wet bulb temperatures at the cyclone exhaust, particles velocities in the annulus, spout and fountain, spout channel shape and dimensions and fountain high were done. The results obtained showed that the transient operation analysis was adequate and encouraging as a means to obtain further information on the drying process in spouted bed. Among the main results of this work is the important finding that the time required for the spouted bed to reach steady state may largely vary depending on the feed flow rate and spouting characteristics. The fluidynamics analysis showed that spouting characteristics may significantly change, indicating system instability, depending on the type of paste and the concentration and flow rate of the feed. As far as the CST model is concerned, it was seen that experimental data and predicted values were in good agreement, although the drying kinetic equation was highly dependent on paste concentration and density. === O objetivo desta tese de doutorado foi realizar uma análise do comportamento fluidodinâmico, térmico e de massa da secagem de pastas em leito de jorro em regime transiente, visando obeter dados experimentais detalhados do sistema, em resposta à perturbação causada pele presença do meio líquido. Também foi avaliada neste trabalho a aplicação de um modelo CST para a estimativa dos perfis de temperatura e umidade das fases gás e sólida. As pastas utilizadas neste estudo foram água destilada, lodo de esgoto, leite desnatado, ovo de galinha integral homogeneizado e carbonato de cálcio. Para estas pastas foram conduzidos experimentos de secagem em duas configurações de leito de jorro (uma coluna cheia e uma meia coluna) operando com diferentes vazões de alimentação e sob condições de velocidade do ar na entrada de 15 e 30 % acima da velocidade de mínimo jorro e em dois níveis de temperatura, 80 e 100 °C. No leito de jorro de coluna cheia foram determinadas as variações na velocidade do ar de entrada, queda de pressão do leito, temperatura do ar de entrada, temperatura do leito de partículas em três posições axiais da região anular, temperatura do ar de saída, temperaturas de bulbo seco e bulbo úmido na saída do ciclone, umidade do pó produzido e umidade do recobrimento formado nas partículas inertes. Já no leito de jorro em meia coluna foram determinadas as variações na velocidade do ar de entrada, queda de pressão do leito, temperatura do ar de entrada, temperatura do ar de saída, temperaturas de
bulbo seco e bulbo úmido na saída do ciclone, velocidade das partículas nas regiões anular, jorro e fonte, forma e dimensão do canal de jorro e altura da fonte. As informações obtidas no desenvolvimento deste trabalho mostraram que a análise do regime transiente é uma técnica adequada e promissora na obtenção de novas informações para o entendimento da secagem de pastas em leito de jorro. Dentre os principais
resultados obtidos destaca-se que o tempo necessário para o leito de jorro alcançar o regime permanente pode variar expressivamente dependendo da vazão de alimentação de pasta e da condição de jorro aplicada. Na análise fluidodinâmica foi constatado que dependendo do tipo de pasta, concentração e vazão de alimentação o regime de jorro pode sofrer modificações significativas, indicando a instabilidade do sistema. Na avaliação do modelo CST, verificou-se que esse apresentou resultados satisfatórios quando comparados aos dados experimentais obtidos. Contudo, a expressão proposta para descrever a taxa de secagem mostrou-se ser fortemente dependente da concentração e densidade da pasta aplicada.
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