Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Henry França Meier, Antonio Andre Chivanga Barros

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: Os modelos para representação de colunas de destilação atuais baseiam-se no conceito de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio, ambos considerando o equilíbrio hidrodinâmico em uma abordagem macroscópica. No entanto, em meados da década de 90, iniciou-se a aplicação de modelos...

Resumo: Os modelos para representação de colunas de destilação atuais baseiam-se no conceito de estágios de equilíbrio e de não equilíbrio, ambos considerando o equilíbrio hidrodinâmico em uma abordagem macroscópica. No entanto, em meados da década de 90, iniciou-se a aplicação de modelos microscópicos para subsidiar e incrementar a análise e otimização dos processos de refino, dando-se início à era dos códigos comerciais de Fluidodinâmica Computacional. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo microscópico para descrever a fluidodinâmica do escoamento líquido-vapor em um prato perfurado de uma coluna de destilação, com base na conservação de quantidade de movimento sob condições de turbulência e aplicar e implementar o modelo matemático no código comercial de fluido dinâmica computacional CFX, da ABA Technology, para a realização de um estudo de experimentação numérica de modelos e métodos. Foram propostos três modelos distintos para representação do escoamento em um prato perfurado de destilação: um modelo bidimensional e monofásico, 2-DSM (Liu et ai. (1999)) , um modelo tridimensional bifásico e homogêneo, 3-DHomM, e por fim um modelo tridimensional bifásico e heterogêneo, 3-DHetM. Desta forma, os três modelos foram implementados no código comercial CFX 4.4 da ABA technology, o qual utiliza o método dos volumes finitos com variáveis co-localizadas resolvendo o sistema em coordenadas generalizadas. As malhas numéricas foram construídas por intermédio da técnica dos multiblocos, utilizando o pré-processador "BUILD" presente no código. Os principais resultados mostram que o modelo 3-DTHomM representa, qualitativamente, de forma satisfatória a hidrodinâmica de um prato perfurado de destilação. A metodologia proposta neste trabalho se mostrou adequada e apta a reproduzir tal comportamento fluidodinâmico

Abstract: The current models for predicting distillation column behavior are based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, but both use the hydro dynamical equilibrium in a macroscopic point of view. The objectives of this work are: developing the microscopic model to describe the...

Abstract: The current models for predicting distillation column behavior are based on equilibrium and non-equilibrium stage concepts, but both use the hydro dynamical equilibrium in a macroscopic point of view. The objectives of this work are: developing the microscopic model to describe the gas-liquid flow on a distillation sieve tray, based on momentum equations under turbulence conditions, inter-phase momentum transfer and other modeling features; and applying the mathematical modeling in a commercial CFD code, for numerical experiments in order to verify the software and to validate the models. Three models were proposed: the first model named Two Dimension Single Model (2-DSM model), with two dimension and single phase assumptions; the second one, named Three Dimension Homogeneous Model (3-DHomM model), with two phases and three dimension with homogeneous flow, i. e., the liquid and the gas velocities are the same; and the last model is a model with two phases and three dimension assumptions, named Three Dimension Heterogeneous Model (3-DHetM model). These three models were applied in CFX 4.4 CFD commercial code from ABA Technology, by using the finite-volume methods with co-located variable in a generalized coordinate system, to obtain numerical solutions. The pre-processor BUILD were used to build up the numerical grid with the multi-block technique. The main results show that the 3-DHomM model, despite of its simplicity when compared with 3-DhetM, describes the fluid dynamics on a sieve distillation tray satisfactorily. The methodology proposed in this work also showed to be adequate, and with capability to describe the gas-liquid flow on a sieve distillation tray