A fluidização é uma operação unitária presente nas indústrias química, farmacêutica e alimentícia. Durante a fluidização, o leito de partículas sólidas é suspenso por um fluxo ascendente de gás. A velocidade mínima de fluidização indica a menor velocidade do gás em que as partículas iniciam a agitação, enquanto a velocidade terminal é caracterizada pela elutriação, ou arraste de partículas juntamente com o gás. Portanto, um leito fluidizado deve operar em uma velocidade de gás que esteja entre a velocidade mínima de fluidização e a velocidade terminal de arraste. No entanto, os sólidos particulados coesivos, caracterizadas pelo grupo de Geldart C, são difíceis de serem fluidizados, devido à formação de canais preferenciais, e são facilmente elutriados. Neste trabalho estudou-se a fluidização de partículas de amido de milho pela passagem de ar a 27 °C. O amido de milho obteve diâmetro médio mássico e densidade do sólido iguais a 30,3 µm e 1446,7 kg/m3, e pôde ser caracterizado como um sólido particulado coesivo, em que a velocidade efetiva de fluidização e velocidade terminal foram iguais a (0,66 e 0,68) m/s, respectivamente. A qualidade da fluidização foi aprimorada pelo uso da pulsação do gás, que possibilitou reduzir a velocidade mínima de fluidização e ampliar a faixa de velocidade de fluidização, de forma a minimizar o arraste de sólidos por elutriação. As frequências de pulsação estudadas foram (0, 5, 10 e 15) Hz. Em uma primeira etapa, foram obtidos os perfis de velocidade queda de pressão a partir de ensaios experimentais. Posteriormente, os perfis experimentais foram utilizados para validação dos modelos de escoamento bifásico Euler-Euler, em simulações realizadas pelo software COMSOL. Dentre os principais resultados, destaca-se que os modelos numéricos puderem descrever com boa aproximação os perfis fluidodinâmicos do sistema binário amido e ar. A aproximação numérica somente foi obtida ao estabelecer um diâmetro equivalente com tamanho de 100 µm, que foi superior ao diâmetro médio mássico. Este resultado evidenciou que a fluidização ocorreu na forma de agregados de partículas, que é característico de sistemas coesivos. O uso da pulsação do ar também resultou ruptura de canais preferenciais, e permitiu o início da fluidização em menores velocidades do ar. / Fluidization is a unit operation in the chemical, pharmaceutical and food industries. During the fluidization, the solid particles is suspended by a stream air flow. The minimum fluidization velocity indicates the lowest gas velocity in which the particles begin agitation while the terminal velocity is characterized by elutriation, or drag the particles along with gas. Therefore, a fluidized bed must be operated at a gas velocity which is between the minimum fluidization velocity and the terminal velocity. However, cohesive solid particles, characterized by Geldart Group C, are difficult to be fluidized due to the formation of cracks and channeling and areeasily elutriated from chamber. In this work, the fluidization of cornstarch particles occurred by anair flow at 27 °C. Cornstarch showed a mean diameter and solid density equal to 30.3 µm and 1446.7 kg/m3 and could be characterized as a cohesive particulate solid. The effective fluidization velocity and the terminal velocity were equal to (0.66 and 0.68) m/s respectively. The fluidization quality was improved by the use of pulsation air flow. The minimum fluidization velocity was reduced, increasing the fluidization velocity operational range. The air pulsation frequency were studied at (0, 5, 10 and 15) Hz. In a first step, the experimental tests obtained the fluidynamics profiles of pressure drop versus air velocity. Subsequently, the experimental profiles were used to validate the Euler-Euler model in simulations by COMSOL software. The main results emphasized that the numerical models described the fluid dynamic profiles with good approximation. The numerical approach established an equivalent diameter of 100 µm, which was greater than the mass median diameter. This result showed that the fluidization occurred in the form of aggregates of particles, which is a characteristic of cohesive systems. The use of air pulsation also resulted in the rupture of channeling and allowed the fluidization at lower air velocities.

A geração de energia em larga escala a partir da combustão de carvões minerais impõe pesados ônus ao meio ambiente devido às emissões de poluentes. O processo de combustão em leito fluidizado destaca-se neste contexto, permitindo reduções de emissões de gases \'SO IND.X\' e \'NO IND.X\' acima de de 90%. O projeto, otimização e escalonamento de reatores de leito fluidizado são realizados de forma quase completamente empírica, através de desenvolvimentos em plantas de demonstração de escalas reduzidas. Os custos e tempos de implementação envolvidos são elevadíssimos, tornando ferramentas teóricas de apoio altamente desejáveis. Neste trabalho, desenvolve-se a modelagem e simulação da combustão em leito fluidizado atmosférico borbulhante de carvão mineral com altos teores de cinzas e enxofre com dessulfuração por calcário, através de uma abordagem fenomenológica. Comparações das predições do modelo são realizadas com dados experimentais gerados na planta piloto do NETeF, e estudos paramétricos são realizados para avaliação das performances do reator. As comparações mostram concordâncias e discrepâncias qualitativas e quantitativas entre perfis simulados e medidos das concentrações de gases e distribuições granulométricas do particulado. Isso indica a necessidade de aperfeiçoamentos na modelagem fenomenológica, notadamente com relação às correlações e dados empíricos utilizados. Apesar das discrepâncias, o modelo apresenta bons resultados quantitativos de eficiência de absorção de enxofre em comparação com os dados experimentais. / Energy generation through coal combustion imposes heavy environmental impacts due to pollutant emissions. The process of fluidized bed combustion distinguishes in this context allowing for emission reductions of \'SO IND.X\' and \'NO IND.X\' above 90%. The design, scaling-up, and optimization of fluidized bed reactors are mostly empirical, through small-scale demonstration plant developments. The costs and times of implementation involved in those developments are huge, making theoretical tools of analysis highly desirable. In this work modeling and simulation are performed for atmospheric bubbling fluidized bed combustion of high ash high sulfur coals, including desulfurization by limestone. A phenomenological approach to modeling is applied. Comparison of predictions are made against empirical measurements performed in the NETF pilot plant, and parametric studies are developed to evaluate reactor performances. The comparisons show both agreements and disagreements, qualitative as well as quantitative, between predictions and measured gas concentrations and particulate size distributions. This points to the necessity for improvements on the phenomenological modeling procedure that was applied, notably regarding the empirical correlations and data that were considered. Despite the discrepancies, the model produces good quantitative results of sulfur absorption efficiency in comparison to the empirical data.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2016-02-17T16:06:10Z No. of bitstreams: 1 Guilherme Alfredo Genehr_.pdf: 3248455 bytes, checksum: 2c7c7d772f1c7cc1743b696d11f69d05 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-17T16:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Guilherme Alfredo Genehr_.pdf: 3248455 bytes, checksum: 2c7c7d772f1c7cc1743b696d11f69d05 (MD5) Previous issue date: 2015-11-20 / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / Este trabalho apresenta a caracterização física de amostras de biomassas e inertes e a caracterização da fluidodinâmica de misturas binárias entre biomassa e areia, através da determinação das curvas de fluidização destas misturas. Como biomassa foram utilizadas casca de eucalipto (Eucalyptus) e casca de pinus (Pinus elliotti). Os experimentos foram realizados em um leito de bancada desenvolvido na Unisinos com diâmetro interno de 9,4 cm e 1,2 m de comprimento. A amostra de pinus possui um tamanho de partícula médio de 579,13 μm e a amostra de eucalipto um tamanho médio de partícula de 537,50 μm com massas específicas de 1,271 g/cm³ e 1,386 g/cm³ respectivamente. As misturas foram feitas com proporções entre 1,43% até 41,89% de massa de biomassa. Para os ensaios fluidodinâmicos foram determinadas as velocidades características inicial (ufi), aparente (ufa) e completa (ufc), além da velocidade de mínima fluidização (umf). Os métodos empregados foram o gráfico de queda de pressão em função da velocidade do gás e observações. As análises foram feitas com base na influência da natureza da biomassa, a fração de massa de biomassa contida na mistura e a comparação dos resultados experimentais em relação a correlação proposta na literatura. Os resultados mostraram que com o aumento da proporção de biomassa as velocidades características tendem a aumentar, com exceção das amostras de areia 01 com pinus. A correlação proposta pelos autores Paudel e Feng (2013) apresentou uma boa estimativa para a previsão da velocidade de mínima fluidização de misturas de biomassa e inerte com erros relativos médios absolutos de 12,70%, 31,90%, 140,33% e 19,10% para as misturas de areia 01 com eucalipto, areia 02 com eucalipto, areia 01 com pinus e areia 02 com pinus, respectivamente. / This paper presents the physical characterization of samples of biomass and inert and the characterization of fluid dynamics of binary mixtures of sand and biomass, by determining the fluidization curves from these mixtures. Eucalyptus bark (Eucalyptus) and pine bark (Pinus elliottii) were used as biomass. The experiments were performed in a bench bed developed at the Unisinos with an internal diameter of 94 cm and 1.2 m in length. The biomass samples have an average particle size of 579.13 μm for pine and 537.50 μm for eucalyptus with specific real mass of 1,271 g/cm³ and 1.386 g/cm³ respectively. The mixtures were prepared with proportions between 1.43% to 41.89% by weight of biomass. The initial (ufi), the apparent (ufa), the complete (ufc), and the minimum fluidization velocity (umf) were determined for fluid dynamic tests. The methods employed were the pressure drop graph as a function of gas velocity and observations. The analyzes have been performed concerning the influence of the nature of the biomass, the mass fraction of biomass contained in the mixture and comparison of the experimental results regarding the correlation proposed in the literature. The results showed that with the increase of the proportion of biomass characteristics speeds tend to increase, with the exception of the sand 01 with pine mixtures. The correlation proposed by the authors Paudel and Feng (2013) presented a good estimate for the prediction of the minimum fluidization velocity of mixtures of biomass and inert with absolute average relative errors of 12.70%, 31.90%, 140.33% and 19.10% for mixtures of sand 01 with eucalyptus, sand 02 with eucalyptus, sand 01 with pine and sand 02 with pine respectively.

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1982. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Alfred Walters Reed. / Ph.D.

Thesis. 1978. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Electrical Engineering and Computer Science. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Vita. / Includes bibliographical references. / by Jeffrey C. Alexander. / Ph.D.

Thesis. 1976. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Electrical Engineering and Computer Science. / Microfiche copy available in Archives and Engineering. / Vita. / Includes bibliographical references. / Ph.D.

Orientador: Luiz Roberto Carrocci / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Maurício Zanardi Araújo / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Banca: Valesca Alves Correa / Resumo: O leito fluidizado é uma importante operação unitária de grande interesse na indústria química, geração de energia, extração e refino do petróleo, entre outros. As muitas aplicações do leito fluidizado na indústria e a demanda constante de melhorias na eficiência do processo de fluidização, tem produzido um aumento no número de trabalhos envolvendo simulações numéricas do escoamento gás-sólido em leito fluidizado através de CFD. Na simulação numérica, ainda não existe consenso na seleção de um modelo de arrasto e na definição de um valor adequado para o coeficiente de restituição. Nesta tese investiga-se a influência de diferentes modelos de arrasto e do coeficiente de restituição; sobre a fluidodinâmica do escoamento gás-sólido em leito fluidizado, através de simulações numéricas. Para isto é usado um modelo baseado na abordagem Euleriana-Euleriana considerando um leito fluidizado bidimensional, o qual será resolvido usando o codigo livre MFIX. Para avaliar os modelos de arrasto, os resultados numéricos são validados por meio da determinação dos dados experimentais de Taghipour et al. (2005), o qual apresenta parâmetros de projeto de leito fluidizado, tais como a queda de pressão, expansão do leito, velocidade mínima de fluidização e distribuição das fases. Estudou-se também o efeito do coeficiente de restituição sobre a fluidodinâmica do escoamento, através do desenvolvimento de uma correlação em função da fração de vazio. Os resultados demonstram que o modelo de arrasto têm uma influência muito grande na determinação das variáveis de projeto de leito fluidizado. No estudo, um grupo de modelos representam adequadamente a fluidodinâmica, sendo que o modelo de arrasto de Gidaspow (1994) foi o que mais se aproximou aos resultados experimentais. Foram desenvolvidas simulações ... ( Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Fluidized bed is an important unit operation of great interest in petroleum, chemical, metallurgical and energy industries. The large number of applications of fluidized bed in the industry and constant demand for improvements in the efficiency of the fluidization process, has produced an increase in the number of studies involving numerical simulations of gas-solid flow in fluidized bed through CFD. In numerical simulation, there is not yet an agreement on the selection of a drag model and in defining a suitable value for the coefficient of restitution. The purpose of this work was to study the influence of different drag models and restitution coefficient on the hydrodynamics of gas-solid flow in fluidized-bed, through numerical simulations. It is used a model based on the Eulerian-Eulerian approach considering a two-dimensional fluidized bed, which will be resolved using the open source MFIX code. To evaluate drag models, numerical results will be validated through the determination of the experimental data of Taghipour et al. (2005), which presents fluidized bed design parameters, such as fluidization curve, bed expansion, minimum fluidization velocity and void fraction profiles. It was also studied the effect of restitution coefficient on the hydrodynamics, through the development of a correlation in function of void fraction. The results demonstrated that drag model have an great influence in fluidized bed design parameters determination. In this study, a group of models were able to represent adequately the hydrodynamics, however Gidaspow (1994) drag model was the most accurate to represent the experimental data. Simulations were carried out considering restitution coefficient as a function of void fraction and using Gidaspow (1994) drag model. The simulation results obtained was able to improve the prediction of void fraction profile / Doutor

A fluidização é definida como a suspensão de partículas de um solo granular devido à ação de um fluxo ascendente, que cria uma força de arrasto suficiente para suportar o peso próprio das partículas, produzindo uma zona fluidizada. Neste trabalho são discutidos os mecanismos e os conceitos envolvidos na fluidização de solos arenosos com a utilização de jatos de água, que futuramente podem ser associados a novas tecnologias de instalação de ancoragens de plataformas de petróleo offshore. O estudo foi baseado em ensaios realizados em câmaras de calibração retangulares, com paredes em acrílico, preenchidas com areias de granulometria distintas, compactadas com densidade relativa de 50% e 100%. O sistema de jateamento consiste basicamente em uma bomba centrífuga que succiona a água armazenada em um reservatório e a conduz, através de um circuito hidráulico, à extremidade de tubos metálicos verticais, responsáveis pelo jateamento de água. Foram utilizados tubos com diferentes diâmetros e diversas velocidades de saída do jato. Iniciado o jateamento, tem-se a formação de um leito fluidizado, com formato côncavo e interface bem definida com a zona não fluidizada. O jato de água penetra certa profundidade no interior do leito fluidizado até ser defletido, no sentido ascendente, carregando partículas de areia que são depositadas ao redor da zona fluidizada. Após a formação de uma geometria fluidizada máxima, os tubos são reposicionados em uma nova profundidade. A fluidização ao longo da profundidade apresenta comportamento definido, com uma geometria inicialmente estável, que alcança uma condição de instabilidade em determinada profundidade, até sofrer sucessivos fechamentos, formando uma cavidade submersa fluidizada. Esta cavidade diminui de tamanho com o aumento da profundidade e a fluidização do solo deixa de ocorrer para certa profundidade de saída do jato. Os parâmetros principais que comandam a geometria da zona fluidizada aberta são a velocidade de saída e o diâmetro do jato, em conjunto com o tamanho das partículas do solo. Não foi observada influência da densidade relativa de compactação da areia na geometria fluidizada final. As dimensões geométricas são função do número densimétrico de Froude, cujo emprego permite a determinação de equações empíricas que descrevem o comportamento da geometria fluidizada aberta. O conjunto de ensaios de laboratório possibilitou determinar os parâmetros de controle dos mecanismos de fluidização em areias e a influência destes parâmetros no comportamento do solo fluidizado. / Fluidisation occurs when a granular soil is subjected to an upward fluid flow which creates a drag force sufficient to support the weight of the particles, producing a fluidised zone. In the present work a discussion is made on the mechanisms and concepts controlling the fluidised process produced by upflow washing in granular materials, aiming at the installation of offshore platform anchors. The study was carried out in laboratory rectangular calibration chambers filled with sand at relative densities ranging from 50% to 100%. The upflow washing was produced by a centrifuge pump that sucks water from a reservoir and conducts the water through a hydraulic system to the extremity of a vertical metalic tube, producing the water jet flow. Tubes with different diameters and fluid velocities have been used. The mechanism initiates with the formation of an open fluidised zone having a characteristic shape and distinct boundaries. The fluid penetrates up to a given depth and is deflected towards the surface. Once a stabilized zone is produced, the jet is lowered to another depth and the process is repeated. The shape of the fluidised zone changes with increasing jet depth from an open and stable approximately ellipsoidal form to an unstable spouted profile, and then to a submerged fluidised cavity. The shape of the cavity reduces with increasing depth. Parameters controlling the geometry of an open fluidised zone are fluid velocity and inside diameter of jet, together with diameter soil particles. There has been no influence of relative density in the geometry of the fluidised zone. In fact, this geometry is expressed by densimetric Froude number. The present work was usefull in demonstrating the parameters controlling fluidisation by upflow washing.

Abstract not available

Many particulate processes are preferably implemented in circulating fluidized beds (CFB) over traditional low-velocity fluidization to take advantage of the many benefits of circulating systems. Fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most successfully applied processes in CFB technology, with more than 350 FCC units in operation worldwide. Despite its extensive use, an understanding of the complex behaviour of these units is incomplete.<p> A theoretical and experimental evaluation of the fluidization behaviour was conducted in the CFB riser, standpipe, and stripper. Initially, an extension of the existing CFB in the Fluidization Laboratory of Saskatchewan was designed. The experimental program conducted in this study included an examination of the solids flow behaviour in the riser, interstitial gas velocity in the downcomer, and stripping efficiency measurements. The hydrodynamic behaviour of the stripper was modeled using Multiphase Flow with Interphase eXchanges (MFIX) CFD code.<p> The solids flow behaviour in the bottom zone of a high-density riser was investigated by measuring the local upwards and downwards solids flux. Solids circulation rates between 125 and 243 kg/(m2⋅s) were evaluated at a constant riser superficial gas velocity of 5.3 m/s. The effect of the riser superficial gas velocity of the local upflow at the riser centerline was also conducted at a solids circulation rate of 187 kg/(m2⋅s). The results show that there is little variation in the local net solids flux at radial locations between 0.00 ¡Ü r/R ¡Ü 0.87. The results indicate that a sharp regime change from a typical parabolic solids flux profile to this more radially uniform solids flux profile occurs at a gas velocity between 4.8 and 4.9 m/s.<p> To quantify stripping efficiency, the underflow of an injected tracer into the standpipe must be known. Quantification of the underflow into the standpipe requires knowledge of two main variables: the interstitial gas velocity and the tracer gas concentration profiles in the standpipe. Stripping efficiency was determined for stripper solids circulation rates of 44, 60, and 74 kg/(m2⋅s) and gas velocities of 0.1, 0.2, and 0.3 m/s. For most conditions studied, the interstitial gas velocity profile was found to be flat for both fluidized and packed bed flow. The stripping efficiency was found to be sensitive to the operating conditions. The highest efficiency is attained at low solids circulation rates and high stripping gas velocities.<p> In the numeric study, stripper hydrodynamics were examined for similar operating conditions as those used in the experimental program. Due to an improved radial distribution of gas and decreasing bubble rise velocity, mass transfer is deemed most intense as bubbles crest above the baffles into the interspace between disc and donut baffles. Stripping efficiency is thought to improve with increasing gas velocity due to an increased bubbling frequency. Stripping efficiency is thought to decrease with increasing solids circulation rates due to a lower emulsion-cloud gas interchange coefficient and a decreased residence time of the emulsion in the stripper.