Title

MODELAGEM COMPUTACIONAL EM MULTIESCALA DE REAÇÕES HETEROGÊNEAS GÁS-SÓLIDAS DO PROCESSO DE REDUÇÃO DIRETA DO MINÉRIO DE FERRO

MULTIESCALE COMPUTATIONAL MODELING OF HETEROGENEOUS GAS-SOLID REACTIONS OF THE DIRECT REDUCTION PROCESS OF IRON ORE

Authorship

Metolina, Patrícia; Silva, André Luiz Nunis da; Dixon, Anthony G.; Guardani, Roberto

Metolina, Patrícia

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Silva, André Luiz Nunis da

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Dixon, Anthony G.

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Guardani, Roberto

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DOI

10.5151/2594-357X-40318

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Abstract

Neste estudo foi desenvolvido um modelo em multiescala para a descrição do processo de reações gás-sólidas não-catalíticas que ocorrem no reator de leito móvel de partículas em movimento descendente em contracorrente com o escoamento gasoso ascendente. A computação fluidodinâmica (CFD), usando o método de elementos finitos (FEM) foi aplicada para resolver as equações de transporte de massa, calor e momento dos dois domínios físicos discretizados acoplados: o das pelotas sólidas e do reator. A simulação foi validada usando uma planta industrial de redução direta do minério de ferro. Os resultados possibilitam avaliar com maior detalhamento as heterogeneidades existentes no reator e no interior das pelotas sólidas, possibilitando predizer os efeitos de parâmetros microestruturais importantes na escala da pelota que hierarquicamente afetam a performance do reator em macroescala.

In this study, a multiscale model was developed to describe non-catalytic gas-solid reactions occurring in a moving bed reactor. The reactor consists of particles moving downwards in countercurrent with a rising gaseous flow. Computational fluid dynamics (CFD) and the finite element method (FEM) were used to solve the mass, heat, and momentum transport equations for the two discretized physical domains: the solid pellets and the reactor. The simulation was validated using an industrial plant of direct iron ore reduction. The results provide a detailed evaluation of existing heterogeneities within the reactor and solid particles, providing macroscopic predictions of the reactor performance caused by important microstructural parameters at the pellet scale.

Keywords

Reacões gás-sólidas; Reator de leito móvel; Método dos elementos finitos; Simulação em multi-escala

Non-catalytic gas-solid reactions; Moving bed reactor; Finite element method; Multi-scale simulation