Aplicação da fluidodinâmica computacional na avaliação da hidrodinâmica de estágio em colunas de destilação

Gabriel Henrique Justi

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.

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