Implementação de modelo de fechamento em risers de FCC atraves de codigo comercial CFD

Orientador: Milton MoriDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuimicaResumo: A tese concerne em um estudo do escoamento gás sólido (a saber, catalisador sólido e ar) em um riser. O riser é tratado como sendo um tubo sem simetria axial. Este tratamento permite que alguns fenômenos sejam visualizados, principalmente a transferência de massa e quantidade de movimento através do centro do tubo, diferentemente de uma abordagem simétrica. A geometria utilizada retrata duas dimensões: a direção axial e a direção radial. Nesta geometria três entradas permitem a simulação dos efeitos reais de entrada de um riser 3D. Isso permite que o modelo preveja as oscilações, em torno do eixo do riser, do perfil de velocidades. O modelo matemático é fechado com uma equação de transporte para a temperatura granular advinda da teoria cinética dos gases densos que permite a definição e o cálculo da viscosidade da fase sólida. Tendo em mãos essas grandezas com valores fisicamente razoáveis é possível a obtenção de campos mais realistas do escoamento. A equação de transporte para a temperatura granular aqui usada está na forma simplificada, sem os termos convectivo-difusivo e transiente. Além disso, são testadas forças extras sobre a fase sólida, mais especificamente, duas forças: força de Saffman e força de pressão na fase sólida. A força de Saffman age no sentido radial de forma a prever o efeito da inércia do fluido sobre a partícula sólida. Já força de pressão é devida a deformação do campo de concentração de sólido gerando o binário segregação-aglomeração na fase sólida. Esses fatores somados serviram para prever o comportamento qualitativo dos fenômenos que ocorrem dentro do riser do FCC. As simulações numéricas foram realizadas no código comercial de fluidodinâmica computacional (CFD) CFX-4.3 da AEA TechnologiesAbstract: This work concerns in a study about a gas-solid flow (the gas mixture is air; the solid is catalyst particles) in the FCC riser. The riser is treated like a pipe without axis symmetry. This treatment allows the visualization of some of mass and momentum transfer phenomena through the center of pipe that cannot be predicted in a axisymmetrical approach. The geometry uses two dimensions: the axial and the radial direction. In this geometry, to obtain mixing at the entrance, three inlets allow to simulate the 3D effects of the cylindrical riser of the experiment. The inlets are: two symmetrical ones with a mixture gas-solid and one with a gas stream. This entrance scheme permits the interchange of the properties between the two half of the riser. The mathematical model is closed by the Kinetic Theory of Granular Flow. This theory calculates some solid properties hard to estimate as viscosity. Other property that arises from the Kinetic Theory is the solid pressure. These parameters, with reasonable values, are important to obtain a coherent flow field. The transport equation presented here is in its statical formo It means that the original partial differential equation is reduced to a quadratic algebraic equation. Besides, extra forces are tested in order to predict agglomeration and segregation motion of particles. These movement are the base of downflow near the walls. The forces tested are the Saffman lift force and the pressure force. The first one have its influence around the riser center in order to radially push the particles to walls. The second is significant where the solid concentration field have high variations. The final result of this modeling is a good prediction of experimental data from KNOWL TON et aI. (1995)MestradoDesenvolvimento de Processos QuímicosMestre em Engenharia Químic

Modelagem e simulação do escoamento de sistemas multifásicos em reatores agitados mecanicamente

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaReatores agitados mecanicamente são amplamente usados na indústria química para promover diversos tipos de processos, tais como dissolução, dispersão, reações homogêneas ou heterogêneas. Apesar de todo avanço obtido nos últimos 50 anos, seu projeto e otimização ainda é baseado somente em correlações empíricas e semi-empíricas, o que demanda um grande número de experimentos. Invariavelmente, os experimentos envolvem altos custos. De forma a tentar reduzir tais custos, ferramentas computacionais vêm sendo usadas. Como o desempenho deste tipo de equipamento é calcado no escoamento gerado no seu interior a escolha por técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) é natural. Através de modelos CFD é possível obter o padrão de escoamento sem incorrer em suposições sobre a geometria como nas correlações empíricas. Neste trabalho, modelos CFD são aplicados em tais sistemas, de forma a alcançar o objetivo principal do estudo que foi investigar a razão que leva à diminuição do diâmetro das partículas com o aumento do espaço entre o fundo do reator e o impelidor. O modelo de turbulência tem papel preponderante, principalmente, em sistemas sem chicanas onde a componente tangencial da velocidade é predominante. Modelos de turbulência recentes foram avaliados em diversas configurações geométricas e operacionais. Após verificação de modelos o sistema utilizado por PINTO (2006) no Laboratório de Controle de Processos do Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos da UFSC foi investigado para avaliar o motivo porque o diâmetro médio de gotas diminui com o aumento do espaço livre entre o agitador e o fundo do tanque (clearance).Os resultados indicam que ao se concentrar na região acima do agitador a fase orgânica experimenta maior concentração da dissipação de energia cinética turbulenta e consequentemente maior quebra.Stirred tank reactors are widely used in the chemical industry to promote several types of processes such as dissolution, dispersion, homogeneous or heterogeneous reactions. Despite all progress made in the last 50 years, its design and optimization is still based only on empirical and semi-empirical correlations which requires eventually a large number of experiments that involve high costs. aiming to reduce such costs, computational tools have been used. As the performance of such equipment is centered in the flow generated inside reactor the choice of techniques for computational fluid dynamics (CFD) is natural. Through CFD models is possible to obtain the flow pattern without incurring any assumptions about the geometry and the empirical correlations. In this study, CFD models are applied in such systems to reach the main goal of this investigation: why droplet mean diameter decreases with the increase of the clearance? Among several points to be investigated, the turbulence model plays a major role especially in systems without baffles where the tangential component of velocity is predominant. Recent turbulence models have been evaluated in various geometric and operating configurations. After verification of the model with experimental data, the system used by PINTO (2006) in Process Control Laboratory of the Chemical and Food Engineering Department of UFSC have been investigated to assess the reason why the average drop diameter decreases with increasing clearance between the stirrer and the tank bottom. One can conclude from the results that the concentration of the organic phase in the region above the agitator experiences higher concentration of turbulent kinetic energy dissipation and consequently greater breakage

Inorganic crystallization: a biliometric analysis

A incrustação inorgânica do carbonato de cálcio nos poros das rochas reservatório e nas linhas de produção é problema recorrente na indústria do petróleo, principalmente no pré-sal. De modo a determinar quais mecanismos tem maior influencia na formação dos cristais e as condições que os favorecem, realizou-se uma pesquisa bibliométrica na base SCOPUS®, analisando o volume de publicações na área e as mais recentes contribuições acerca dos processos de cristalização. A pesquisa buscou inicialmente artigos que continham as palavras “Crystallization calcium carbonate”, após um refinamento, foram escolhidos os 5 artigos mais recentes sobre o tema. Como resultados, a agregação foi apontada como o mecanismo de maior influência no entupimento dos poros e consequentemente, redução na permeabilidade da rocha porosa. Essa alteração da permeabilidade diminui a quantidade de óleo produzida e causa prejuízos na produção. Outro mecanismo apontado, foi o crescimento dos cristais, que pode ser inibido por meio de técnicas ultrassônicas.Inorganic fouling of calcium carbonate in reservoir rock grains and production lines is a recurring problem in the oil industry, especially in the pre-salt.. In order to determine which mechanisms have the greatest influence on the formation of crystals and the conditions that promote them, a bibliometric study was carried out at the SCOPUS® base, analyzing the volume of publications in the area and the most recent contributions on crystallization processes. The search started with articles that contained the words "Crystallization of Calcium Carbonate", after a refinement, were selected the 5 more recent studies. As results, the aggregation was pointed as the mechanism of greater influence in the pore clogging and, consequently, reduction in the permeability of the porous rock. This change in permeability decreases the amount of oil produced and causes losses in production. Another mechanism pointed out was the growth of crystals, which can be inhibited by means of ultrasonic techniques.La incrustación inorgánica del carbonato de calcio en los poros de las rocas reservorio y en las líneas de producción es un problema recurrente en la industria del petróleo, principalmente en el pre-sal. Para determinar qué mecanismos tiene mayor influencia en la formación de los cristales y las condiciones que los favorecen, se realizó una investigación bibliométrica en la base SCOPUS®, analizando el volumen de publicaciones en el área y las más recientes contribuciones acerca de los procesos de cristalización. La investigación buscó inicialmente artículos que contenían las palabras "Crystallization calcium carbonate", después de un refinamiento, fueron escogidos los 5 artículos más recientes sobre el tema. Como resultado, la agregación fue apuntada como el mecanismo de mayor influencia en el obstrucción de los poros y consecuentemente, reducción en la permeabilidad de la roca porosa. Esta alteración de la permeabilidad disminuye la cantidad de aceite producida y causa daños en la producción. Otro mecanismo señalado, fue el crecimiento de los cristales, que puede ser inhibido por medio de técnicas ultrasónicas

Reutilização de águas residuais : modelação da adsorção de nutrientes no solo

O presente estudo incide na modelação da remoção de nutrientes presentes em águas residuais domésticas por adsorção no solo e na avaliação do risco de contaminação de aquíferos por parte destes. Nesse sentido, desenvolveu-se um modelo matemático e efectuou-se a determinação experimental dos parâmetros que caracterizam as isotérmicas de adsorção dos iões nitrato, fosfato e amónio. Os resultados experimentais indicaram que o solo tem principalmente carga iónica positiva, visto que os iões de carga contrária (tais como o nitrato e fosfato) foram os que principalmente adsorveram. Os resultados da simulação demonstraram que o fosfato é totalmente adsorvido e que a concentração de nitrato e amónio na água intersticial, após o período de um ano, é de 0.250 mg/L e 0.023 mg/L respectivamente, a 2 m de profundidade. Em relação ao exercício de simulação, estudouse o efeito de uma sobrecarga de nutrientes assim como a possibilidade de ocorrer saturação da coluna de solo. No caso de ocorrer uma sobrecarga de nutrientes no solo proveniente da descarga de água residual com uma concentração até quatro vezes superior ao valor médio, verificou-se que a concentração do ião amónio foi a mais afectada, aumentando de 27 % a uma profundidade de 2 m e ao fim de um ano. Finalmente, os parâmetros das isotérmicas de adsorção (segundo os modelos de Freundlich e Langmuir) foram sujeitos a uma análise de sensibilidade, tendo-se comprovado que o modelo desenvolvido é extremamente sensível à constante α da isotérmica de Freundlich

Análisis bibliométrico sobre el uso de ultrasonido en emulsiones del tipo aceite en agua (O / A)

Um recurso que vem se mostrando capaz na desestabilização de emulsões, remoção de uma fração significante de óleo e outros contaminantes, é o ultrassom. As principais vantagens de se aplicar a técnica de ultrassom para a desestabilização de emulsões O/A estão na eficiência, a não utilização de agentes químicos e a capacidade de adequação da técnica à diferentes emulsões. Portanto, este trabalho propõe a bibliometria sobre os estudos de sondas ultrassônicas e banho de ultrassom empregado em emulsões do tipo óleo em água (O/A) produzida pela indústria do petróleo. Evidenciando pesquisas sobre a desestabilização destas emulsões através da aplicação de ultrassom. Desta forma, os trabalhos serão apresentados conforme país e periódicos, ano de publicação e tópicos, demonstrando a real carência de estudos sobre o tema nos últimos anos, revelando então a oportunidade de pesquisa quanto ao uso do ultrassom empregado em emulsões.A process that has been able to generate descaling of emulsions, removing a significant fraction of oil and other contaminants, is the ultrasound. The main advantages of applying an ultrasonic technique for the destabilization of emulsions are the efficiency, the non-use of chemical agents and the suitability of the technique to different emulsions. Therefore, this work proposes a bibliometry on the studies of ultrasonic probes and the assisted ultrasonic bath in oil-in-water (O / W) emulsions. Demonstrating the experiences of destabilizing the emulsions through the application of ultrasound. In this way, the papers were published about the country and the periodicals, year of publication and topics, showing a real lack of studies on the subject in recent years, being an opportunity to look at the use of ultrasound used in emulsions.Un recurso que viene demostrando capaz en la desestabilización de emulsiones, remoción de una fracción significante de aceite y otros contaminantes, es el ultrasonido. Las principales ventajas de aplicar la técnica de ultrasonido para la desestabilización de emulsiones O / A están en la eficiencia, la no utilización de agentes químicos y la capacidad de adecuación de la técnica a diferentes emulsiones. Por lo tanto, este trabajo propone la bibliometría sobre los estudios de sondas ultrasónicas y baño de ultrasonido empleado en emulsiones del tipo aceite en agua (O / A) producida por la industria del petróleo. Evidenciando investigaciones sobre la desestabilización de estas emulsiones a través de la aplicación de ultrasonido. De esta forma, los trabajos serán presentados según país y periódicos, año de publicación y tópicos, demostrando la real carencia de estudios sobre el tema en los últimos años, revelando entonces la oportunidad de investigación en cuanto al uso del ultrasonido empleado en emulsiones

Indolebutyric acid responses on rooting and survival of Hymenaea courbaril L. cuttings

Atualmente, o apelo ambiental para promover programas de reflorestamento, recuperação de áreas degradadas e preservação da biodiversidade pressiona o setor de produção de mudas de essências florestas nativas. Jatoba, Hymenaea courbaril L., é uma árvore nativa que fornece muitos produtos de grande relevância econômica. A propagação vegetativa é um método alternativo para a produção de mudas, que apresenta muitos benefícios, incluindo a possibilidade de estabelecer sebes clonais de alta produtividade, pois ocorre com o gênero Eucalyptus. O experimento foi realizado em uma estufa, com controle parcial de temperatura e umidade. O estudo avaliou os efeitos de diferentes dosagens de hormônio do ácido indolbutiric (IBA) no processo de enraizamento de estacas de jatoba. As estacas foram preparadas em laboratório e submetidas a diferentes dosagens de IBA (0, 200, 400, 600, 800 e 1000 mg L-1), posteriormente estabelecidas em substrato de areia e colocadas em ambiente protegido com sistema de nebulização intermitente e sombreamento de 50 %. A análise estatística foi realizada utilizando o software R, de acordo com o desenho experimental em blocos ao acaso, com seis tratamentos e quatro repetições. Os resultados obtidos pela avaliação binomial mostraram que não houve diferença significativa entre as dosagens IBA, então o uso de IBA nas estacas de H. courbaril rooting foi ineficaz. No entanto, o sucesso na propagação vegetativa de jatoba pode ocorrer através da seleção de indivíduos que apresentam bons resultados ao enraizamento acidental. O uso de IBA em enraizamentos acidentais varia de uma espécie para outra e, devido à falta de estudos sobre o assunto em relação a Hymenaea courbaril L., devem ser realizados mais experimentos a serem realizados para avaliar o potencial rizogênico.Currently, the environmental appeal to promote reforestation programs, recovery of degraded areas and preservation of biodiversity pressures the production sector of native forest essences’ seedlings. Jatoba, Hymenaea courbaril L., is a native tree which provides many products of great economic relevance. Vegetative propagation is an alternative method for seedlings production, which presents many benefits, including the possibility of establishing high productivity clonal hedges, as it occurs with the Eucalyptus genus. The experiment was conducted in a greenhouse, with partial temperature and humidity control. The study assessed the effects of different dosages of indolbutiric acid (IBA) hormone in the process of rooting jatoba cuttings. The cuttings were prepared in a laboratory and submitted to different dosages of IBA (0, 200, 400, 600, 800 e 1000 mg L-1), later established in sand substrate and placed in protected environment with intermittent fogging system and shading of 50%. Statistical analysis was carried out using R software, according to experimental design in randomized blocks, with six treatments and four replications. The results obtained by binomial evaluation showed there was no significant difference between IBA dosages, so the use of IBA on rooting H. courbaril cuttings was ineffective. However, success in the vegetative propagation of jatoba can occur through the selection of individuals that present good results to adventitious rooting. The use of IBA on adventitious rooting varies from one species to another, and due to the lack of studies on the subject concerning Hymenaea courbaril L., more experiments to be carried out in order to evaluate the rhizogenic potential should be done.Actualmente, el llamamiento ambiental para promover programas de reforestación, recuperación de áreas degradadas y preservación de la biodiversidad presiona el sector de producción de mudas de esencias forestales nativas. Jatoba, Hymenaea courbaril L., es un árbol nativo que proporciona muchos productos de gran relevancia económica. La propagación vegetativa es un método alternativo para la producción de mudas, que presenta muchos beneficios, incluyendo la posibilidad de establecer setos clonales de alta productividad, pues ocurre con el género Eucalyptus. El experimento fue realizado en un invernadero, con control parcial de temperatura y humedad. El estudio evaluó los efectos de diferentes dosis de hormona del ácido indolbutiric (IBA) en el proceso de enraizamiento de estacas de jatoba. Las estacas fueron preparadas en laboratorio y sometidas a diferentes dosis de IBA (0, 200, 400, 600, 600, 800 y 1000 mg L-1), posteriormente establecidas en sustrato de arena y colocadas en un ambiente protegido con sistema de nebulización intermitente y sombreado 50%. El análisis estadístico se realizó utilizando el software R, de acuerdo con el diseño experimental en bloques al azar, con seis tratamientos y cuatro repeticiones. Los resultados obtenidos por la evaluación binomial mostraron que no hubo diferencia significativa entre las dosificaciones IBA, entonces el uso de IBA en las estacas de H. courbaril rooting fue ineficaz. Sin embargo, el éxito en la propagación vegetativa de jatoba de agua puede ocurrir a través de la selección de individuos que presentan buenos resultados al enraizamiento accidental. El uso de IBA en enraizamientos accidentales varía de una especie a otra y, debido a la falta de estudios sobre el tema en relación a Hymenaea courbaril L., se deben realizar más experimentos a ser realizados para evaluar el potencial rizogénico

Análise numérica em tanque agitado por impelidor não convencional: curva de potência, número de bombeio e hidrodinâmica / Numerical analysis in stirred tank by unconventional impeller: power curve, number of pumps and hydrodynamics

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de um tanque agitado dotado de um impelidor radial não convencional. A simulação computacional permite a otimização de custos de análises com experimentos físicos, melhorando a eficiência do processo de pesquisa. O modelo utilizado neste trabalho será fabricado futuramente para validação por processos experimentais, encontrando na Mecânica dos Fluidos Computacional (Computational Fluid Dynamics, CFD), a possibilidade de obtenção de resultados experimentalmente complexos. Inicialmente é apresentada a geometria do tanque agitado e o teste de independência da malha, posteriormente, a hidrodinâmica em padrão de escoamento promovida pela geometria do impelidor não convencional, além de propriedades características de tanques agitados, sendo estes o comportamento do número de potência e número de bombeio. O objetivo deste tanque é de manter em suspensão sais específicos para análise de precipitação, um dos principais problemas pouco compreendidos na indústria de petróleo e gás. Os resultados foram satisfatórios, nos quais os parâmetros do conjunto podem ser vistos como mais eficientes se comparados à literatura.