Empregando técnica de dinâmica de fluidos computacional para análise do PACK

Jun 23, 2023

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 6588 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste estudo, um inovador recheio estruturado de tela de arame, nomeadamente PACK-1300XY com uma área superficial específica de 1300 m2/m3, foi caracterizado por realizar uma abordagem de dinâmica de fluidos computacional (CFD). De fato, diferentes características deste empacotamento (altura equivalente a uma placa teórica, queda de pressão úmida/seca e eficiência de transferência de massa) foram analisadas através da análise do regime de fluxo usando a abordagem CFD tridimensional com o cenário multifásico Euleriano-Euleriano. Os resultados mostraram o desvio relativo médio de 16% (para queda de pressão úmida), 14% (para queda de pressão seca) e 17% (para eficiência de transferência de massa) entre as previsões de CFD e as medições experimentais. Estes excelentes níveis de consistência entre as descobertas numéricas e as observações experimentais aprovam a utilidade da abordagem baseada em CFD para simulação confiável de processos de separação.

Tecnologias de separação, como absorção à base de líquido iônico1,2 e assistida por microvaiwe3, adsorção4,5,6,7, membrana8, purificação circulante9 e fluidização10,11,12 têm uma ampla gama de aplicações em diferentes aplicações. A coluna de destilação é provavelmente o processo mais conhecido para separar a matéria-prima e o fluxo de produto, considerando a volatilidade relativa13,14,15. A coluna de destilação pode facilmente lidar com um regime de fluxo em contracorrente entre correntes de gás e líquido16. As colunas de destilação equipadas com bandeja17 e embalagem18 são duas categorias principais nesse sentido. Este último é dividido em dois empacotamentos aleatórios e estruturados19.

Como o empacotamento da estrutura apresenta uma ampla gama de benefícios, incluindo proporcionar baixa queda de pressão, ter alta eficiência de separação e ser adaptável às diferentes operações20, ele foi selecionado para torres de separação de grande escala21 e indústrias químicas nacionais. A fim de elaborar o desempenho de separação dos procedimentos químicos, um tipo de embalagem estruturada, ou seja, embalagem de chapa ondulada, é popular22. Seu material poderia ser metais, cerâmicas e plásticos23 dispostos lado a lado com direções inversas do canal. Portanto, sua porosidade é de cerca de noventa por cento, com uma área superficial específica atrativa variando de 250 a 750 m2/m324.

As quedas de pressão seca e úmida nas colunas de destilação estão associadas à fase gasosa e à corrente gás-líquido em contracorrente através da altura da coluna, respectivamente . Além disso, a altura equivalente a uma placa teórica (HETP) e a retenção de líquido são outras características essenciais de uma gaxeta26,27. Além disso, a eficiência de separação para o leito embalado foi definida através do valor HETP, que mostra a transferência de massa dos recheios. Ressalta-se que existe uma relação proporcional entre esses parâmetros28.

Dentre os estudos numéricos para o escoamento de fluidos ao longo dos recheios, a fluidodinâmica computacional (CFD) é um método eficiente para reduzir o gasto econômico de medições experimentais29,30,31,32. Além disso, outro benefício deste método computacional é a capacidade de estimar o efeito de diversos fatores33,34,35. Para atender a esse propósito, vários pesquisadores desenvolveram métodos precisos de discretização e algoritmos de solução, ou seja, fornecendo um esquema computacional eficaz, para introduzir um modelo preciso para a simulação do escoamento nos empacotamentos que a combinação de scripts e softwares próprios seria acostumada para esse fim36.

Nos últimos anos, um enriquecimento de componentes na interface gás-líquido37,38 na escala atomística tem uma influência importante nos mecanismos de transferência de massa39,40,41. Além disso, vários estudos baseados em CFD investigaram o comportamento do fluxo multifásico de recheios estruturados de forma diferente . Além disso, o estudo da representação empírica para uso comercial de folhas de embalagens corrugadas já foi apresentado em outros trabalhos computacionais46,47.