Estudo para validação de modelo gás-sólido em separação ciclônica de sais de iodo na indústria química

Abstract

Os ciclones, utilizados como equipamentos para troca térmica, como secadores, reatores para reações rápidas e para separação gás-sólido, apresentam na sua forma clássica uma construção cônica-cilíndrica, e têm como principais vantagens o baixo custo de construção, operação e manutenção. No passado o estudo de ciclones era basicamente experimental, resultando em correlações empíricas sem muita generalidade e dedicadas exclusivamente para a faixa de condições geométricas e operacionais analisadas nos experimentos. Com o desenvolvimento da tecnologia computacional, a modelagem numérica ganhou papel fundamental no estudo de escoamentos turbulentos multifásicos, típicos do escoamento ciclônico, destacando-se neste sentido as técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics), como uma ferramenta de pesquisa e desenvolvimento de projetos de engenharia. Neste trabalho é desenvolvido um estudo de modelagem numérica de ciclones a partir dos recursos de CFD, juntamente com um estudo experimental em uma Unidade Experimental de Dutos e Ciclones (UEDC) do Laboratório de Verificação e Validação da FURB. O objetivo principal é validar um modelo gás-sólido bifásico utilizado para separação ciclônica de iodato de cálcio, produzidos numa planta química de extração de iodo. Esta corroboração de modelo é realizada por comparação entre dados experimentais obtidos na UE-DC de perda de carga, eficiência global de coleta e curva de eficiência, com resultados numéricos do modelo bifásico gás-sólido, implementado no código numérico CYCLO-HEXA, dedicado exclusivamente à simulação de ciclones por técnicas de CFD. Experimentos planejados e executados no aparato experimental para diferentes velocidades de entrada e razões de carga constituem uma base empírica necessária e suficiente para estudos de validação do modelo, e de verificação do código de CFD, que permitem estudos avançados de melhoria de equipamento (reengenharia geométrica) e das condições operacionais na planta química.

The cyclones used as heat exchange equipment such as dryers, reactors for fast reactions and gas-solid separation, presented in its classic form a cone-cylindrical construction, and have as main advantages the low cost of construction, operation and maintenance. In the past the study of cyclones was basically experimental, resulting in empirical correlations without much general and dedicated exclusively to the range of geometrical and operating conditions analyzed in the experiments. With the development of computer technology, numerical modeling plays a fundamental role in the study of turbulent multiphase, typical of cyclonic flow, especially in the technical sense of CFD (Computational Fluid Dynamics), as a tool for research and development projects engineering. In this work we developed a numerical modeling study of cyclones from the resources of CFD, together with an experimental study in an Experimental Unit Pipeline and Cyclones (EU-DC). The main objective is to validate a model gas-solid two-phase used to sepa rate low-level calcium iodate, produced in a chemical plant for extraction of iodine. The corroboration of the model is performed by comparing experimental data obtained in the EU-DC loss, efficiency and overall collection efficiency curve, with numerical results of the model gas-solid two-phase, implemented in numerical code CYCLO-HEXA, devoted exclusively the simulation of cyclones using CFD techniques. Experiments planned and implemented in the experimental apparatus for different input velocities and load relations are an evidence base necessary and sufficient for studies of model validation and verification of the CFD code, which allow advanced studies for improvement of equipment (geometrical reengineering) and operating conditions in the chemical plant.