Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4160 |
Resumo: | Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation. |
id |
SCAR_2e13059cda408bb5a9743ec913790d8d |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4160 |
network_acronym_str |
SCAR |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
repository_id_str |
4322 |
spelling |
Zanutto, Conrado PlanasGonçalves, José Antônio Silveirahttp://lattes.cnpq.br/0337997526924402http://lattes.cnpq.br/9771478366805449c5d34563-c058-4eda-9fdd-4865f474b18b2016-06-02T19:56:58Z2015-04-142016-06-02T19:56:58Z2015-02-19ZANUTTO, Conrado Planas. Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação. 2015. 200 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2015.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4160Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation.Destilação é uma das técnicas industriais de separação mais importante. Este processo requer grande quantidade de energia, correspondendo a aproximadamente 40% do consumo total de energia de indústrias químicas. Dessa forma, a otimização de colunas de destilação é indispensável, e para isso é necessário o conhecimento dos fenômenos fluidodinâmicos que ocorrem dentro da coluna. Alguns modelos utilizados nesses equipamentos, tais como os modelos baseados em conceitos de estágios de equilíbrio e não-equilíbrio, geralmente fornecem resultados úteis, mas consideram empiricamente muitos fenômenos fluidodinâmicos e assumem uma mistura perfeita em cada fase. Nos anos recentes, com o advento de computadores mais potentes combinado ao desenvolvimento de métodos numéricos precisos para a resolução dos problemas físicos, houve uma revolução no modo como lidamos com os fenômenos de fluidodinâmica. As técnicas de fluidodinâmica computacional permitem uma descrição microscópica das características físicas do escoamento dos fluidos. O principal objetivo deste estudo foi desenvolver um modelo de fluidodinâmica computacional para escoamentos líquido-vapor que fosse capaz de predizer a hidrodinâmica e a transferência de massa em pratos perfurados. Um modelo bifásico, tridimensional e transiente, numa abordagem Euleriana-Eulariana, foi proposto para os sistemas ar/água (25ºC e 1atm) e etanol/água a 1atm. As equações da continuidade, de momento e da transferência de espécies químicas foram utilizadas para descrever as fases líquida e gasosa. A geometria do prato perfurado simulado foi baseada no trabalho experimental de Solari e Bell (1986). As variáveis preditas foram o perfil de velocidades, a fração volumétrica de cada fase, a altura de líquido claro, áreas de recirculação, frações mássicas e eficiência. As predições do modelo para a hidrodinâmica e transferência de massa foram comparadas com dados experimentais e numéricos de alguns autores e apresentaram boa concordância. Este estudo mostra que o CFD pode ser utilizado como uma ferramenta poderosa para a simulação de pratos perfurados.Universidade Federal de Sao Carlosapplication/pdfporUniversidade Federal de São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarBRDestilaçãoPratos perfuradosFluidodinâmica computacionalHidrodinâmicaMassa - transferênciaENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAAplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis-1-1c0ba25d3-d2e1-453c-9933-5efa0360c494info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINAL6651.pdfapplication/pdf7342156https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/1/6651.pdf24286846097025ed263bb2f4e4b6dfb6MD51TEXT6651.pdf.txt6651.pdf.txtExtracted texttext/plain0https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/2/6651.pdf.txtd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD52THUMBNAIL6651.pdf.jpg6651.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8234https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/3/6651.pdf.jpgab93257b0e41dbca856b6e10b4651742MD53ufscar/41602023-09-18 18:31:09.305oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4160Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:09Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
title |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
spellingShingle |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação Zanutto, Conrado Planas Destilação Pratos perfurados Fluidodinâmica computacional Hidrodinâmica Massa - transferência ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
title_short |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
title_full |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
title_fullStr |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
title_full_unstemmed |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
title_sort |
Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação |
author |
Zanutto, Conrado Planas |
author_facet |
Zanutto, Conrado Planas |
author_role |
author |
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/9771478366805449 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Zanutto, Conrado Planas |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Gonçalves, José Antônio Silveira |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0337997526924402 |
dc.contributor.authorID.fl_str_mv |
c5d34563-c058-4eda-9fdd-4865f474b18b |
contributor_str_mv |
Gonçalves, José Antônio Silveira |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Destilação Pratos perfurados Fluidodinâmica computacional Hidrodinâmica Massa - transferência |
topic |
Destilação Pratos perfurados Fluidodinâmica computacional Hidrodinâmica Massa - transferência ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA |
description |
Distillation is one of the most important industrial separation techniques. It requires high quantity of energy, corresponding to around 40% of the total energy consumption of chemical industries. As such, the optimization of a distillation column is indispensable, and it is only possible from the knowledge of the fluid dynamics phenomena occurring within the column. Some of models used for this, such as the models based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, usually provide useful results, but consider empirically many of the fluid dynamics phenomena by assuming a perfect mixture in each phase. In recent years, the advent of the high-speed computers combined with the development of accurate numerical methods for solving physical problems has revolutionized the way we deal with fluid dynamics phenomena. Computational fluid dynamics (CFD) techniques allow a microscopic description of the physical characteristics of the fluid motion. The main purpose of this study was develop a computational fluid dynamics model for gas-liquid flows that was able to predict the hydrodynamics and mass transfer on a sieve tray. A two-phase, three-dimensional and transient model, in an Eulerian-Eulerian framework was proposed for air/water (25°C) and ethanol/water systems at 1 atm. The continuity, momentum and mass equations were used to describe the gas and liquid phases. The sieve tray geometry simulated was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The variables predicted were the velocity profiles, volume fraction of each phase, clear liquid height, recirculation areas, mass fraction and efficiency. The hydrodynamic and mass transfer model predictions were compared with experimental and numerical data from some authors and presented good agreement. This study shows that CFD can be used as a powerful tool for sieve tray simulation. |
publishDate |
2015 |
dc.date.available.fl_str_mv |
2015-04-14 2016-06-02T19:56:58Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2015-02-19 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2016-06-02T19:56:58Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
ZANUTTO, Conrado Planas. Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação. 2015. 200 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2015. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4160 |
identifier_str_mv |
ZANUTTO, Conrado Planas. Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação. 2015. 200 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Exatas e da Terra) - Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2015. |
url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/4160 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.relation.confidence.fl_str_mv |
-1 -1 |
dc.relation.authority.fl_str_mv |
c0ba25d3-d2e1-453c-9933-5efa0360c494 |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
instacron_str |
UFSCAR |
institution |
UFSCAR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/1/6651.pdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/2/6651.pdf.txt https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/4160/3/6651.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
24286846097025ed263bb2f4e4b6dfb6 d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e ab93257b0e41dbca856b6e10b4651742 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1802136273075306496 |