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Title: Transporte de calor em reator cilíndrico-elíptico de leito fixo via modelo de duas fases em regime permanente.
Other Titles: Heat transport in a fixed bed cylindrical-elliptical reactor via a two-phase model in steady state.
???metadata.dc.creator???: PEREIRA, Antonildo Santos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIMA, Antonio Gilson Barbosa de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SILVA , Rodrigo Moura da.
???metadata.dc.contributor.referee2???: ANDRADE , Tony Herbert Freire de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: FARIAS, Vera Solange de Oliveira.
Keywords: Transferência de Calor;Reatores de Leito Fixo;Cilíndrico-Elíptico;Modelo de Duas Fases;Heat Transfer;Fixed Bed Reactor;Elliptic-Cylindrical;Two-Fase Model
Issue Date: 26-Feb-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: PEREIRA, A. S. Transporte de calor em reator cilíndrico-elíptico de leito fixo via modelo de duas fases em regime permanente. 2021. 169 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021.
???metadata.dc.description.resumo???: O estudo da transferência de calor em reatores tubulares de leito fixo de paredes aquecidas ou resfriadas é de grande interesse para a indústria, promovendo reações catalíticas heterogêneas gás-sólido endotérmicas ou exotérmicas. O projeto adequado e seguro de tais equipamentos requer a adoção de modelos matemáticos confiáveis e realistas que estejam em harmonia com os princípios físicos que regem o problema. O objetivo deste trabalho foi estudar a transferência de calor em reator cilíndrico-elíptico de leito fixo. Foi proposto um modelo matemático heterogêneo escrito em coordenadas cilíndricas elípticas, consistindo de duas fases contínuas, uma fase sólida e outra fase fluida, no qual os balanços energéticos de cada constituinte são desenvolvidos separadamente. As equações diferenciais governantes foram resolvidas matematicamente usando o método de volumes finitos e o esquema WUDS como função de interpolação para termos convectivos e difusivos, em uma formulação totalmente implícita. O sistema de equações algébricas lineares resultantes da discretização das equações de energia em todos os pontos do domínio computacional são resolvidas iterativamente pelo método de Gauss Seidel. Foi simulado a transferência de calor em diferentes condições operacionais, variando-se: (1) a razão de aspecto geométrica (L2/ L1); (2) a altura do reator; (3) o material da parede do reator; (4) a velocidade de ar na entrada do reator; (5) a temperatura do fluido de resfriamento do reator; (6) a temperatura do fluido interno do reator; (7) as dimensões das partículas do reator. Os resultados da distribuição de temperatura das fases gasosa e sólida ao longo do reator foram apresentados e analisados. Verificou-se que os gradientes axiais e radiais de temperatura dentro do reator foram levemente maiores para a fase fluida em todos os casos analisados; que as isolinhas de temperaturas são maiores para as posições cada vez mais próxima do centro e entrada do reator; que os gradientes axiais de temperatura são mais relevantes na região próxima à entrada do reator para as fases fluida e sólida e que os gradientes de temperatura radial são maiores perto da parede.
Abstract: The study of heat transfer in fixed bed tubular reactors of heated or cooled walls is of great interest to the industry promoting exothermic or endothermic gas-solid heterogeneous catalytic reactions. The adequate and safe design of such equipment requires the adoption of reliable, realistic mathematical models that are in harmony with the physical principles that govern the problem. The objective of this work was to study the heat transfer in packed-bed elliptical-cylindrical reactor. A heterogeneous mathematical model was proposed, written in elliptical cylindrical coordinates, consisting of two continuous phases, a solid phase and another fluid phase, in which the energy balances of each constituent are developed separately. The governing differential equations were solved mathematically using the finite volume method and the WUDS scheme as an interpolation function for convective and diffusive terms, in a totally implicit formulation. The system of linear algebraic equations resulting from the discretization of the energy equation at all points of the computational domain are solved iteratively by the Gauss-Seidel method. Heat transfer was simulated under different operating conditions, varying: (1) the geometric aspect ratio (L2 / L1); (2) the height of the reactor; (3) the material of the reactor wall; (4) the air velocity at the reactor inlet; (5) the temperature of the reactor's cooling fluid; (6) the temperature of the internal fluid of the reactor; (7) the dimensions of the reactor particles. The results of the temperature distribution of the gas and solid phases along the reactor were presented and analyzed. It was found that the axail and radial temperature gradients inside the reactor were higher for the fluid phase in all cases analyzed; that the temperature isolines are higher for positions closer to the center and inlet of the reactor; that the axial temperature gradients are more relevant in the region close to the reactor inlet for the fluid and solid phases and that the radial temperature gradients are larger near the reactor wall for both phases.
Keywords: Transferência de Calor
Reatores de Leito Fixo
Cilíndrico-Elíptico
Modelo de Duas Fases
Heat Transfer
Fixed Bed Reactor
Elliptic-Cylindrical
Two-Fase Model
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/18382
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