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Previous issue date: 2012-03-26 / The development of the design of chemical processes has received increasing improvement, incorporating sophisticated mathematical models, which allowed better simulation of its real behavior. The distillation column is one of the most widely used separation equipment in the industry and therefore, its perfect working and optimization are economically crucial factors. Thus, the study of the hydrodynamic in distillation column sieve trays has increased over the years with the purpose to optimize the flow patterns, which is of great importance on the mass and energy transfer efficient. Due to the development of powerful computers, advances in numerical methods and improvement in models of multiphase flows, the investigation of complex flow problems is possible. One way to investigate these problems is to use Computational Fluid Dynamics. Thus, in this work we used commercial package CFD software to predict the hydrodynamics in a sieve tray, with the main objective to evaluate the velocity fields and compare them with the experimental work of Solari and Bell (1986). We proposed a two-fluid model with Eulerian-Eulerian framework, three-dimensional (3D), steady-state and the standard k-ε turbulence model for air/water system at 1 atm. The continuity and momentum conservation equations were used to describe the gas and liquid phases. The simulated sieve tray geometry was based on experimental work of Solari e Bell (1986). The simulation domain included the downcomer region. New sieve tray geometry design was proposed to evaluate the hydrodynamics. The results show the velocity profiles, volume fractions and liquid recirculation zones on the sieve tray for several combination of liquid and gas flow rates. The simulation indicated the presence of recirculation and stagnation zones, and it reproduced satisfactorily the results of Solari e Bell (1986) and the new geometry design reduced the liquid recirculation zones on tray. The proposed methodology in this work proved to be appropriate and the Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques presented to be an important tool in the design and optimization of sieve trays. / O desenvolvimento de projetos de processos químicos tem recebido aperfeiçoamento cada vez maior, incorporando modelos matemáticos mais sofisticados, os quais possibilitam uma maior aproximação do seu comportamento real. A coluna de destilação é um dos equipamentos de separação mais empregados na indústria e por isso, o perfeito funcionamento e otimização são fatores economicamente cruciais. Deste modo, o estudo da hidrodinâmica de pratos perfurados em coluna de destilação vem crescendo ao longo dos anos, no intuito de otimizar os fluxos de escoamento, que tem uma grande importância sobre a eficiência na transferência de massa e energia. Com o desenvolvimento de poderosos computadores, avanços em métodos numéricos e aperfeiçoamento em modelos de fluxos multifásicos, é possível a investigação de problemas complexos de escoamentos. Uma das formas de investigar esses problemas é a utilização da Fluidodinâmica Computacional. Assim, neste trabalho foi utilizado um pacote comercial de CFD para prever a hidrodinâmica em um prato perfurado, tendo como objetivo principal avaliar os campos de velocidades e compará-los com o trabalho experimental de Solari e Bell (1986). Foi proposto um modelo de duas equações com abordagem Euleriana-Euleriana, tridimensional (3-D), estado estacionário e o modelo de turbulência k-ε padrão para um sistema ar/água a 1 atm. As equações da continuidade e de conservação de quantidade de movimento foram empregadas no modelo para descrever a fase líquida e a fase vapor. A geometria do prato perfurado foi baseada no trabalho experimental de Solari e Bell (1986), na qual foi incluída a região do downcomer. Uma nova geometria de prato foi proposta para observar a hidrodinâmica. Os resultados mostram os perfis de velocidades, frações volumétricas e zonas de recirculação de líquido no prato perfurado para várias combinações de vazões de líquido e vapor. A simulação indicou a presença de zonas de recirculação e estagnação. A simulação reproduziu satisfatoriamente os resultados experimentais de Solari e Bell (1986) e a nova geometria reduziu as zonas de recirculação de líquido no prato. A metodologia proposta neste trabalho foi adequada e a técnica da Fluidodinâmica Computacional mostrou-se uma ferramenta viável e importante no desenvolvimento e otimização de pratos perfurados.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/4097 |
| Date | 26 March 2012 |
| Creators | Justi, Gabriel Henrique |
| Contributors | Gonçalves, José Antônio Silveira |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Programa de Pós-graduação em Engenharia Química, UFSCar, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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