Large Eddy Simulation (LES) Aplicado a un lecho fluidizado gas – sólido. Parte I: Reactor a escala de laboratorio

Los reactores de lecho fluidizado son equipos utilizados en la industria de hidrocarburos, para procesos heterogéneos gas-sólido, tanto catalíticos como no catalíticos. Las aplicaciones industriales más importantes incluyen el cracking catalítico, combustión y/o gasificación de carbón, biomasa y residuos sólidos, entre otros. En este trabajo se estudia el comportamiento fluidodinámico gas-solido, usando técnicas computaciones de Dinámica de Fluidos (CFD) en un lecho fluidizado a nivel laboratorio de 1 m de longitud y 5 cm de altura de lecho, se implementó la metodología de Large Eddy simulation (LES) y mallas casi-uniformes construidas previo cálculo de las micro escalas turbulentas. Las simulaciones fueron validadas con datos de la literatura, logrando describir el comportamiento de descenso de partículas (annulus) , sin necesidad de refinamiento cerca de la pared y mejorando el tiempo de computo en comparaciones con simulaciones realizadas usando RANS.The fluidized bed reactors are commonly used in the petrochemical industry, with applications in catalytic and non-catalytic processes. An important use of this technology includes the catalytic cracking, as well as the gasification of coal, biomass and solid waste. This work studied the fluid dynamics inside a lab scale fluidized bed, which was 1 meter long with 5 cm bed height. The study was carried out using Computational Fluid Dynamics (CFD), including the use of Large Eddy Simulation methodology (LES), in addition to the use of a quasi-uniform computational grid, which was created before the micro scale turbulence calculation. Therefore, it was possible to describe the behavior of the particles at annulus of the unit, without the need of having a refined grid near the wall. This resulted in an improvement on the required calculation time compared to the simulations that use the RANS methodology. The simulation results showed good agreement with the data reported in literature

Computational analysis of homogeneous nucleation and droplet growth applied to natural gas separators

Una gota de condensado de gas natural se genera a ciertas condiciones termodinámicas a través de tres etapas: sobresaturación, donde el gas tiene más moléculas de las que debería tener en equilibrio, formando “embriones” de fase líquida; nucleación, donde los embriones forman grupos de diferentes formas y tamaños de orden de nanómetros; y el crecimiento de gota, donde el número de moléculas aumenta hasta alcanzar el equilibrio. En este artículo, se analizan la nucleación homogénea y el crecimiento de una gota de gas natural aplicado a separadores gravitacionales operando a condiciones de alta presión (7 MPa). Los resultados mostraron que, a alta presión, el tamaño de gota inicial alcanzado fue de 8,024 nanómetros y el diámetro final de la gota fue de 4,18 micrómetros.A natural gas droplet is generated at certain thermodynamic conditions through three stages: supersaturation, where the gas has more molecules than it should have in equilibrium, forming “embryos” of liquid phase; nucleation, where embryos form groups of different shapes and sizes of nanometer order; and the droplet growth, where the number of molecules increases until equilibrium is reached. In this paper, the homogeneous nucleation and droplet growth of natural gas applied to gravitational separators operating at high pressure conditions (7MPa) are analyzed. The results showed that at a high pressure, the initial drop size reached was 8.024 nanometers and the final diameter of the drop was 4.18 micrometers