Dimensionamento de um reator de hidrólise de aço inoxidável para uso em uma unidade laboratorial multipropósito
Resumo
Neste trabalho foram pesquisadas tecnologias de produção de etanol de segunda geração, sendo considerada uma das alternativas mais promissoras para geração de energia a partir de fontes não fósseis. Um dos processos utilizados na obtenção deste biocombustível é o pré-processamento de biomassas residuais a partir da hidrólise subcrítica, que utiliza água em condições próximas ao ponto crítico para a conversão da biomassa em açúcares fermentescíveis. Entretanto, para a realização de cada ensaio de hidrólise são requeridos longos períodos de aquecimento e resfriamento do vaso de pressão utilizado. Com o objetivo de reduzir o tempo de processo destes ensaios, foram determinados os critérios, restrições e parâmetros de operação necessários para a elaboração do projeto mecânico de um vaso de pressão de aço inox 316 e de seus componentes principais e parâmetros críticos, seguindo as normativas da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Primeiramente, definiu-se a temperatura de projeto em 400 °C e a pressão de projeto de 45 MPa. Nestas condições, a tensão admissível do aço inoxidável 316 é de 111 MPa. A partir destas definições, foram conduzidos os cálculos para o dimensionamento do equipamento. Utilizando as equações de Lamè para cálculo das tensões do casco do vaso de pressão, foram obtidos os valores de 68,4375 MPa, -45 MPa e 11,7187 MPa para as tensões circunferencial, radial e longitudinal, respectivamente. Adicionalmente, foram avaliadas as tensões desenvolvidas em função do gradiente térmico para as fibras internas e para as fibras externas do vaso. Para as fibras internas, o valor obtido para as tensões circunferencial e longitudinal foi de 6,35 MPa. Já para as fibras externas, as tensões circunferencial e longitudinal apresentaram a intensidade de -3,79 MPa. No dimensionamento das tampas roscadas, foram calculadas as tensões axial e de cisalhamento para rasgamento de rosca, que apresentaram os valores de 107,36 MPa e 157,02 MPa, respectivamente. Já para o dimensionamento do apoio vertical do vaso de pressão, foram definidas as dimensões e determinadas as tensões de flexão e de cisalhamento considerando o peso próprio do casco cilíndrico. A tensão de flexão calculada foi de 28,66 kPa, enquanto a tensão de cisalhamento foi de 121,28 kPa. Por último, foi determinada a potência de 2500 W requerida pela manta térmica elétrica para o aquecimento do reator até a temperatura de processo de 220 °C. Constatou-se que, para as condições de projeto de 400°C e 45 MPa, os resultados estavam em conformidade com os critérios de aceitação definidos por norma, fundamentados na comparação da tensão admissível do material do vaso com as tensões calculadas.
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