Title

MODELAGEM CFD E FíSICA DE UM DESGASEIFICADOR RH COM LANçA SUBMERSA: UMA ANáLISE COMPARATIVA DO COMPORTAMENTO DO FLUXO E DA EFICIêNCIA DE MISTURA

CFD AND PHYSICAL MODELING OF AN RH DEGASSER WITH SUBMERGED LANCE: A COMPARATIVE ANALYSIS OF FLOW BEHAVIOR AND MIXING EFFICENCY

Authorship

OLIVEIRA, ARTHUR FIGUEIRA ALMEIDA; TOMAS, ANA FLAVIA XAVIER; SILVA, ANTONIO MARLON BARROS; SILVA, CARLOS ANTONIO DA; PEIXOTO, JOHNE JESUS MOL

OLIVEIRA, ARTHUR FIGUEIRA ALMEIDA

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TOMAS, ANA FLAVIA XAVIER

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SILVA, ANTONIO MARLON BARROS

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SILVA, CARLOS ANTONIO DA

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PEIXOTO, JOHNE JESUS MOL

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DOI

10.5151/2594-5300-42046

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Abstract

Este trabalho investiga o escoamento do fluido e o tempo de mistura em um Desgaseificador Ruhrstahl–Heraeus (RH) por meio de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e modelagem física. Um modelo acrílico em escala 1:7,5 foi desenvolvido para avaliar seis configurações de injeção de gás, combinando vazões pela perna de subida do RH e por uma lança submersa. O tempo de mistura e a taxa de circulação foram medidos por condutimetria com traçador, e as simulações CFD foram realizadas com uma abordagem multifásica Euleriana–Euleriana no CFX, incluindo as forças de arrasto, sustentação, massa virtual, lubrificação de parede e dispersão turbulenta. Os resultados mostraram que o aumento da vazão pela perna de subida do RH leva a maiores taxas de circulação e a uma redução no tempo de mistura, em concordância com previsões teóricas e estudos anteriores. A lança submersa melhorou a turbulência local e a dispersão do traçador, mas teve efeito limitado sobre a circulação global. Observou-se boa concordância entre os resultados do CFD e dos experimentos, especialmente quando consideradas as forças interfaciais. A metodologia mostrou-se eficaz na captura de tendências hidrodinâmicas relevantes, apoiando o uso do CFD como ferramenta preditiva para operações RH. A configuração com lança submersa apresentou vantagens práticas para a otimização do processo. Estudos futuros abordarão a injeção de dessulfurantes pela lança, o tempo de residência das partículas e o comportamento do slag-eye, com o objetivo de apoiar o desenvolvimento de estratégias mais eficientes para o refino RH.

THIS WORK INVESTIGATES FLUID FLOW AND MIXING TIME IN A RUHRSTAHL–HERAEUS (RH) DEGASSER USING COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) AND PHYSICAL MODELING. A 1:7.5 SCALE ACRYLIC MODEL WAS DEVELOPED TO EVALUATE SIX GAS INJECTION CONFIGURATIONS, COMBINING RH UP-LEG AND SUBMERGED LANCE FLOWS. MIXING TIME AND CIRCULATION RATE WERE MEASURED THROUGH TRACER CONDUCTIMETRY, AND CFD SIMULATIONS WERE PERFORMED WITH A MULTIPHASE EULERIAN–EULERIAN APPROACH USING CFX, INCLUDING DRAG, LIFT, VIRTUAL MASS, WALL LUBRICATION, AND TURBULENT DISPERSION FORCES. THE RESULTS SHOWED THAT INCREASED RH UP-LEG FLOW LEADS TO HIGHER CIRCULATION RATES AND REDUCED MIXING TIMES, IN LINE WITH THEORETICAL PREDICTIONS AND PRIOR STUDIES. THE LANCE IMPROVED LOCAL TURBULENCE AND TRACER DISPERSION BUT HAD LIMITED EFFECT ON BULK CIRCULATION. GOOD AGREEMENT WAS OBSERVED BETWEEN CFD AND EXPERIMENTAL RESULTS, PARTICULARLY WHEN INTERFACIAL FORCES WERE ACCOUNTED FOR. THE METHODOLOGY PROVED EFFECTIVE FOR CAPTURING KEY HYDRODYNAMIC TRENDS, SUPPORTING CFD AS A PREDICTIVE TOOL FOR RH OPERATIONS. THE SUBMERGED LANCE CONFIGURATION DEMONSTRATED PRACTICAL ADVANTAGES FOR PROCESS OPTIMIZATION. FUTURE STUDIES WILL ADDRESS DESULFURIZER INJECTION THROUGH THE LANCE, PARTICLE RESIDENCE TIME AND SLAG-EYE BEHAVIOR TO SUPPORT THE DESIGN OF MORE EFFICIENT RH REFINING STRATEGIES.

Keywords

RH Desgaseificador, Fluxo multifásico, Tempo de mistura, Modelagem CFD

RH Degasser, Multiphase Flow, Mixing Time, CFD Modeling