A aplicação industrial de sistemas de leitos fluidizados do tipo circulante, ou de arraste, em processos que envolvem o contato entre partículas sólidos e gás tem tido interesse crescente em todo o mundo. No entanto, o desenvolvimento prático dessa tecnologia tem estado muito à frente do desenvolvimento teórico fundamental, necessário para o projeto de equipamentos, controle de processo e mudança na escala de operação. O presente trabalho procura contribuir para o desenvolvimento fundamental de reatores de leito fluidizado circulante, através de um estudo experimental de caracterização de tais sistemas, e do desenvolvimento de um modelo matemático de um reator desse tipo, aplicado a uma reação química modelo. O estudo experimental trata da identificação dos regimes de escoamento característicos do sistema estudado, propondo critérios para distinção entre tais regimes. A reação química adotada como modelo é a decomposição de um minério de fosfato de alumínio existente no Brasil, através da calcinação a temperaturas de até 600ºC, para a produção de um fertilizante fosfatado. Testes contínuos em escala de bancada com tal minério evidenciam as vantagens do leito fluidizado circulante em comparação com leito fluidizado convencional. O modelo matemático de um reator de leito fluidizado circulante, aplicado ao processamento de minério de fosfato de alumínio, apresenta boa concordância com dados experimentais. O estudo de sensibilidade paramétrica, para o sistema considerado, evidencia a grande influência das condições do escoamento gás-sólidos sobre o desempenho de reatores do tipo aqui considerado.

There has been a growing interest world wide in the application of circulating (fast) fluidized bed systems to industrial processes involving contact between solid particles and gas. However, practical development of this technology is at present far more advanced than fundamental knowledge, which is necessary for equipment design, process control and scale-up. This work intends to contribute to the fundamental development of circulating fluidized bed reactors by an experimental characterization, together with a mathematical modeling of such systems, applied to an adopted chemical reaction. The experimental study involves the identification of flow regime transitions and formulation of criteria for distinction between flow regimes in circulating fluidized beds. The adopted chemical reaction is the thermal decomposition of a Brazilian aluminum phosphate ore at temperatures up to 600ºC, for production of a phosphate fertilizer. Continuous bench scale tests with this reaction show the advantages of circulating fluidized beds as compared with conventional ones. The mathematical model of the reactor shows good agreement with experimental data and a parametric sensitivity study clearly emphasizes the big influence of gas-solids flow regime on the performance of circulating fluidized beds.