Estudo para validação de modelo gás-sólido em separação ciclônica de sais de iodo na indústria química

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2010Os ciclones, utilizados como equipamentos para troca térmica, como secadores, reatores para reações rápidas e para separação gás-sólido, apresentam na sua forma clássica uma construção cônica-cilíndrica, e têm como principais vantagens o baixo custo de construção, operação e manutenção. No passado o estudo de ciclones era basicamente experimental, resultando em correlações empíricas sem muita generalidade e dedicadas exclusivamente para a faixa de condições geométricas e operacionais analisadas nos experimentos. Com o desenvolvimento da tecnologia computacional, a modelagem numérica ganhou papel fundamental no estudo de escoamentos turbulentos multifásicos, típicos do escoamento ciclônico, destacando-se neste sentido as técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics), como uma ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de projetos de engenharia. Neste trabalho é desenvolvido um estudo de modelagem numérica de ciclones a partir dos recursos de CFD, juntamente com um estudo experimental em uma Unidade Experimental de Dutos e Ciclones (UEDC) do Laboratório de Verificação e Validação da FURB. O objetivo principal é validar um modelo gás-sólido bifásico utilizado para separação ciclônica de iodato de cálcio, produzidos numa planta química de extração de iodo. Esta corroboração de modelo é realizada por comparação entre dados experimentais obtidos na UE-DC de perda de carga, eficiência global de coleta e curva de eficiência, com resultados numéricos do modelo bifásico gás-sólido, implementado no código numérico CYCLO-HEXA, dedicado exclusivamente à simulação de ciclones por técnicas de CFD. Experimentos planejados e executados no aparato experimental para diferentes velocidades de entrada e razões de carga constituem uma base empírica necessária e suficiente para estudos de validação do modelo, e de verificação do código de CFD, que permitem estudos avançados de melhoria de equipamento (reengenharia geométrica) e das condições operacionais na planta química.The cyclones used as heat exchange equipment such as dryers, reactors for fast reactions and gas-solid separation, presented in its classic form a cone-cylindrical construction, and have as main advantages the low cost of construction, operation and maintenance. In the past the study of cyclones was basically experimental, resulting in empirical correlations without much general and dedicated exclusively to the range of geometrical and operating conditions analyzed in the experiments. With the development of computer technology, numerical modeling plays a fundamental role in the study of turbulent multiphase, typical of cyclonic flow, especially in the technical sense of CFD (Computational Fluid Dynamics), as a tool for research and development projects engineering. In this work we developed a numerical modeling study of cyclones from the resources of CFD, together with an experimental study in an Experimental Unit Pipeline and Cyclones (EU-DC). The main objective is to validate a model gas-solid two-phase used to sepa rate low-level calcium iodate, produced in a chemical plant for extraction of iodine. The corroboration of the model is performed by comparing experimental data obtained in the EU-DC loss, efficiency and overall collection efficiency curve, with numerical results of the model gas-solid two-phase, implemented in numerical code CYCLO-HEXA, devoted exclusively the simulation of cyclones using CFD techniques. Experiments planned and implemented in the experimental apparatus for different input velocities and load relations are an evidence base necessary and sufficient for studies of model validation and verification of the CFD code, which allow advanced studies for improvement of equipment (geometrical reengineering) and operating conditions in the chemical plant

Estudo em CFD da Queima Suplementar em Caldeiras de Recuperação

Este trabalho apresenta um estudo de viabilidade técnica da implementação de queimadores de duto em uma caldeira de recuperação de calor. Foram empregadas as técnicas da Dinâmica dos Fluidos Computacional, a fim de comparar os impactos desta modificação. Nas simulações, foi utilizado o programa ANSYS CFX®, com o modelo de turbulência, SST, de combustão, Eddy Dissipation e de radiação, P1. Durante as simulações foram identificadas recirculações e zonas de baixa pressão presentes na parte superior da seção de entrada da caldeira que contribuíram para que a chama de gás natural concentrar-se em algumas regiões elevando a temperatura no perfil de saída em alguns pontos acima da temperatura máxima de projeto para os feixes tubulares do superaquecedor da caldeira. Em seguida, foram feitos diversos ajustes na injeção do combustível gás natural, de modo a melhorar o perfil do escoamento no interior do duto de entrada. Por último, baseado na literatura foram introduzidas aletas direcionais buscando-se uma alteração no caminho que o fluxo percorre como uma saída para corrigir as várias recirculações e zonas de baixa pressão presentes na parte superior da seção de entrada da caldeira evidenciando-se a necessidade de se realizar novos testes para ajustes a nova condição de operação

Avaliação técnico-econômica de Sistemas IGCC utilizando coque de petróleo e carvão mineral como combustível.

A tendência de aumento na produção mundial de coque de petróleo (petcoke) é o resultado de suas múltiplas e inovadoras aplicações industriais. Deste ponto de vista e também considerando a situação atual das reservas de energia convencionais no mundo, torna-se importante a realização de estudos nesta área, através da análise dos principais componentes das usinas termelétricas que utilizam deste recurso energético combustível (petcoke). O objetivo do presente trabalho é realizar uma avaliação técnico-econômica da tecnologia IGCC (Gaseificação integrada a ciclos combinados), quando se utiliza como combustível o coque de petróleo e o carvão mineral (tipo Candiota) do Brasil. Assim, a pesquisa desenvolvida aborda a combinação de duas tecnologias que incorporam as usinas IGCC. Em uma primeira etapa, a análise do processo de gaseificação é conduzida empregando o software CSFMB/CeSFaMB™ , para determinar a produção gás combustível limpo (syngas). Posteriormente, o gás produzido é utilizado para analisar o desempenho do ciclo combinado através de software GateCycle™ , tendo como base o esquema atual da UTE Termobahia, usina que produz 190 MW de energia elétrica e 350 t/h de vapor. Finalmente, são obtidos os parâmetros operacionais e econômicos, os quais são comparados com os valores reais de funcionamento da UTE Termobahia, em termos de custos da energia, da substituição do combustível e das variáveis de desempenho do ciclo combinado. Por exemplo, tem-se a potência líquida, a eficiência global e o consumo específico de calor (Heat Rate)

Estudo numérico-experimental da gaseificação de pellets de bagaço de cana-de-açúcar em leito fluidizado circulante

This Thesis object is the development of a 3-D reactive model, multiphase flow, with multiple gaseous and solid species, with heat and mass transfer and standard turbulent k- model. The objective was to predict the syngas composition generated in a circulating fluidized bed gasifier. To achieve these objectives, some activities were done: thermogravimetric analysis (TGA) for sugarcane bagasse drying and devolatilization; experimental gasification tests in a pilot plant; and CFD simulations with Euler-Euler formulation to describe the gasification process. The used methodology were: Arrhenius parameters determination for the pellets drying and devolatilization processes through TGA experiments; and gasification experiments at 850 ° C using an equivalence ratio between 0.25 to 0.29 and a mass flow with steam between biomass ratio of 0.8 to 1.2. The proposed kinetic model contained the main reactions from literature and obtained data in this thesis. The simulations boundary conditions were the non-trivial gasification tests operation conditions. Four gasification models were investigated in this work. The obtained numerical data were compared with experimental data and literature data. The gasification model with the smallest deviation compared to preliminary experimental data was used to simulate the other gasification tests. The results show the evaluation of the interest species of the generated syngas in the gasification experiments.O objeto desta Tese é o desenvolvimento de um modelo 3-D de escoamento reativo, multifásico, com múltiplas espécies gasosas e sólidas, com transferência de calor e massa e com modelo turbulento k- padrão. O objetivo foi a predição da composição do gás de síntese gerado em um gaseificador de leito fluidizado circulante. Para obtenção destes objetivos foram realizados: testes por análise termogravimétrica (TGA) para a secagem e a devolatilização do bagaço de cana; testes experimentais de gaseificação em uma planta piloto e simulações em CFD, utilizando a formulação de Euler-Euler, para descrever o processo de gaseificação. A metodologia utilizada foi: determinação dos parâmetros de Arrhenius para os processos de secagem e de devolatilização para os pellets através do TGA; a realização de experimentos de gaseificação a 850°C utilizando uma razão de equivalência entre 0,25 a 0,29 e uma razão de vazão de massa vapor / biomassa de 0,8 a 1,2. O modelo cinético proposto continha as reações principais já desenvolvidas na literatura e por dados obtidos nesta tese. As condições de contorno das simulações foram as condições operacionais dos testes de gaseificação não triviais. Quatro modelos de gaseificação foram investigados neste trabalho. Os dados numéricos obtidos foram comparados a dados gerados nesta tese e a dados da literatura. Utilizou-se o modelo de gaseificação com menor desvio em relação a dados experimentais preliminares para simular os demais testes de gaseificação. Os resultados apresentam a avaliação das espécies de interesse do gás de síntese gerado nos experimentos

Projeto e avaliação computacional do desempenho de um gaseificador de leito fluidizado circulante para obtenção de gás de síntese a partir de bagaço de cana de açúcar.

Recomendações para o projeto básico e uma metodologia preliminar para a determinação do diâmetro do reator de um gaseificador de leito fluidizado circulante (CFB) destinado a produzir gás de síntese (syngas) são apresentados. Estes são baseados em uma rigorosa revisão bibliográfica do estado-da-arte. Isto permitiu dimensionar um gaseificador CFB de 150 mm de diâmetro interno e 6,5 m de altura. Depois disso, foram preditas várias influências das condições operacionais sobre parâmetros relacionados à qualidade do gás e eficiência usando o software comercialmente disponível CSFMB (Comprehensive Simulator de leito fluidizado e Moving Bed Equipment)

Discussão de parametros de projeto de secadores ciclonicos

Orientadores: Silvia Azucena Nebra, Maria Aparecida SilvaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaDoutorad

Aspectos técnicos e ambientais do uso do carvão mineral em caldeiras

In spite of the environmental impacts caused by the use of fossil fuels, the mineral coal has its use predicted to extend for more than 200 years, because it presents the largest world reservations, being responsible for about 40% of the electric power globally generated. This reality, alied with other economic and environmental aspects, have been taking the effort of many countries in the last decades in the sense of development of technologies in order to achiev more efficient and cleaner use. The present work has the purpose to describe the main technologies for combustion of the coal and their control of the main their generated pollutants, which takes part of the denominated of Clean Coal Technology program (CCT) developed and applied in the countries that uses coal as their main fuel. This research has its fover in obtaining the conclusions about the technologies used nowadays, and also on technologies in the ones under and development. A calculation example is shown the end of this work aiming to demonstrate the efficiency at one of these technologies regarding the emission of pollutant.Apesar dos impactos ambientais causados pelo uso de combustíveis fósseis, o carvão mineral tem o seu uso previsto para estender-se por mais de 200 anos, pois apresenta as maiores reservas mundiais, sendo responsável por cerca de 40% da energia elétrica gerada mundialmente. Essa realidade, juntamente com outros aspectos econômicos e ambientais, fez com que muitos países, nas últimas décadas, induzissem o desenvolvimento de tecnologias que possam tornar o seu uso mais eficiente e limpo. O presente trabalho tem a finalidade de descrever as principais tecnologias para combustão do carvão e para o controle dos principais poluentes gerados pela mesma, as quais fazem parte do programa denominado de Tecnologia do Carvão Limpo (CCT), desenvolvido e aplicado pelos países que mais utilizam o carvão como combustível. Esta pesquisa busca a obtenção de conclusões sobre as tecnologias usadas atualmente, e também sobre tecnologias em estágios de pesquisa e desenvolvimento. No final deste trabalho é apresentado um exemplo de cálculo para comprovar a eficiência de uma das tecnologias com relação à emissão de poluentes

Simulação Numérica de Separadores Gravitacionais sob Movimentação Marítima: Influência da Modelagem Fluidodinâmica e Impacto da Posição de Quebra-Ondas

Os separadores gravitacionais trifásicos desempenham papel fundamental na separação do petróleo, permitindo a separação inicial das fases aquosa, oleosa e gasosa. Esses equipamentos possuem dispositivos internos que visam contornar problemas operacionais e melhorar a eficiência da separação. Dentre esses, destaca-se o uso de quebra-ondas (ou antisloshingbaffles), responsáveis por atenuar a flutuação do nível de líquido e minimizar os efeitos turbulentos provocados pela movimentação das estruturas flutuantes em plataformas offshore. Neste trabalho, 12 diferentes configurações de quebra-ondas foram avaliadas, considerando o movimento de arfagem. Adicionalmente, testes de sensibilidade para parâmetros das simulações foram realizados, dentre eles: a definição das condições de contorno para a região de saída de água, o emprego de modelos de tensão superficial e valores de porosidade e permeabilidade para caracterizar o meio poroso representativo do escoamento no quebra-ondas. Para tanto, foram realizadas simulações em CFD com o software ANSYS CFX 20R1, considerando como referência uma geometria tridimensional e um modelo simplificado bidimensional, no qual todos os testes citados foram avaliados. Uma condição crítica com 80% em volume de água foi assumida, de modo a representar o comportamento considerando um poço maduro. Os resultados obtidos mostraram que as condições de contorno da saída de água afetam a região equivalente a saída de óleo, assim como se observou a formação de um fluxo reverso na saída de água ao se utilizar a pressão hidrostática inicial como condição de contorno, indicando a necessidade de implementar controles proporcionais de pressão para obter resultados mais assertivos. Analisando globalmente todos os ciclos simulados, verificou-se que, independentemente da posição, a presença do quebraondas diminuiu a eficiência de separação. Das configurações testadas, o separador com quebra-ondas na posição mais próxima à região de entrada foi a que menos comprometeu essa eficiência. Concluiu-se também que as posições dos quebra-ondas afetam relativamente pouco a sua capacidade de atenuar as flutuações do nível de líquido. Por outro lado, foi observado que um meio poroso que gera maior resistência à passagem dos fluidos reduziu em consideravelmente a amplitude das oscilações na altura da posição da interface líquido-gás

I Congresso Luso-Extremadurense de Ciências e Tecnologia

Em consonância com os objectivos delineados pela Direção da Escola de Ciências e Tecnologia, sob a égide da Universidade de Évora e em estreita colaboração com a Facultad de Ciencias da Universidad da Extremadura, a Escola de Ciências e Tecnologia organiza, na cidade de Évora, património da humanidade.o I CONGRESSO LUSOEXTREMADURENSE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA ( nos dias 20 e 21 de Outubro de 2017). Este Congresso além de permitir a apresentação e divulgação de mais de uma centena de trabalhos científicos, relacionados com as áreas das ciências e das tecnologias em geral, pretende ainda robustecer e consolidar as equipas das Universidades envolvidas que já desenvolvem trabalhos em conjunto, mas também estimular a criação de novas equipas, tendo sempre em vista a preparação de Projectos e a publicação de artigos científicos em revistas indexadas a fim de aumentar a taxa internacionalização desta verdadeira Academia Luso-Extremadurense. O presente volume, apresenta o programa científico do evento, a respectiva comissão organizadora e científica, e os resumos de todas as conferências, comunicações orais e em poster a apresentar e a discutir, assim como a lista de todos os participantes no I CONGRESSO LUSO- EXTREMADURENSE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA. A qualidade dos conferencistas convidados e dos participantes inscritos fazem prever sessões vivas e do maior interesse técnico-científico, cujos resultados serão certamente divulgados, sob a forma de artigos em revistas reconhecidas pela comunidade científica internacional. As Conclusões deste Evento serão divulgadas pelos meios de comunicação social e por todos os participantes. Resta-nos expressar o mais profundo agradecimento a todos os patrocinadores e colaboradores públicos e privados pelo seu generoso apoio, que em muito contribuiu para levar a bom porto este I CONGRESSO LUSO-EXTREMADURENSE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

Método para a determinação da sequência de operações unitárias de limpeza e condicionamento de gás de síntese para o processo Fischer-Tropsch, utilizando a modelagem em Aspen Plus

The biomass-to-liquid (BtL) pathway, particularly the Fischer-Tropsch (FT) process, represents a route for converting biomass into liquid biofuels (e.g., gasoline, diesel, and kerosene), including sustainable aviation fuels (SAFs). The use of biofuels in the aviation market is a growing trend, with some future projections anticipating a significant increase in their integration into commercial products. However, the costs of the BtL route remain prohibitive for commercial applications due to technical challenges, such as the cleaning and conditioning of synthesis gas. In an ideal sequence of gas cleaning processes, the aim is to optimize impurity removal and adjust the gas composition for Fischer-Tropsch synthesis, thus reducing costs and increasing biomass conversion efficiency. Therefore, this work is based on process engineering principles to guide technological (choice of chemical route), structural (flowchart design and equipment layout), and parametric (performance evaluation) decisions. The objective is to synthesize an efficient gas cleaning process for Fischer-Tropsch synthesis, using Aspen Plus modeling software. The methodology initially involved identifying the main gas contaminants, determining their concentrations in gasification processes, researching gas cleaning methods and their respective efficiencies, and evaluating the currently available cleaning routes. This led to the definition of three main gas cleaning routes, each with its own sequence of processes. The processes were then individually modeled and validated, followed by integration and testing in line with the defined routes. Finally, the gas cleaning routes simulated in this work provided a comprehensive view of impurity removal efficiency, allowing for the identification of possible process sequences.A rota de biomassa para líquido (BtL), especialmente o processo Fischer-Tropsch (FT), representa um caminho para a conversão da biomassa em biocombustíveis líquidos (e.g. gasolina, diesel e querosene), incluindo os combustíveis de aviação (sustainable aviation fuels ou SAF’s). A utilização de biocombustíveis pelo mercado de aviação representa uma tendência crescente com algumas projeções futuras considerando uma inserção significativa destes em produtos comerciais. Entretanto, os custos da rota BtL permanecem proibitivos para aplicações comerciais devido a desafios técnicos como o processo de limpeza e condicionamento do gás de síntese. Em uma sequência de processos de limpeza de gases ideal, se busca otimizar a remoção de impurezas e ajustar a composição dos gases para a síntese Fischer-Tropsch, de modo que seja possível reduzir custos e aumentar a eficiência de conversão da biomassa. Portanto, este trabalho fundamenta-se nos princípios da engenharia de processos para orientar decisões tecnológicas (escolha de rota química), estruturais (definição de fluxogramas e disposição de equipamentos) e paramétricas (avaliação de desempenho). O objetivo é sintetizar um processo eficiente para a limpeza de gases destinado à síntese Fischer-Tropsch, utilizando modelagem no software Aspen Plus. A metodologia consistiu primeiramente na identificação dos principais contaminantes dos gases, no levantamento de suas concentrações em processos de gaseificação, no levantamento de processos de limpeza de gases e suas respectivas eficiências, bem como a avaliação das rotas de limpeza disponíveis atualmente. Isso resultou na definição de três rotas de limpeza de gases principais com suas respectivas sequências de processos. Posteriormente os processos foram modelados e validados isoladamente para então serem integrados entre si e testados em conjunto, de acordo com as rotas definidas. Por fim, as rotas de limpeza de gases simuladas neste trabalho forneceram uma visão abrangente sobre a eficiência na remoção das principais impurezas dos gases, permitindo identificar as possíveis sequências de processos