Aplicação de técnicas de Fluidodinâmica Computacional (CFD) na avaliação da hidrodinâmica e da transferência de massa em estágio de coluna de destilação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Zanutto, Conrado Planas
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