Título

Comparação entre CFD e modelagem física em um reator RH com lança submersa: Trajetória de gotas de óleo e dispersão de corante

Comparison between CFD and physical modeling in an RH reactor with submerged lance: Oil droplet trajectory and tracer dye dispersion

Autoria

OLIVEIRA, ARTHUR FIGUEIRA ALMEIDA; SANTOS, DAVI RODRIGUES DE OLIVEIRA; SILVA, ANTÔNIO MARLON BARROS; SILVA, CARLOS ANTÔNIO DA; PEIXOTO, JOHNE JESUS MOL

OLIVEIRA, ARTHUR FIGUEIRA ALMEIDA

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SANTOS, DAVI RODRIGUES DE OLIVEIRA

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SILVA, ANTÔNIO MARLON BARROS

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SILVA, CARLOS ANTÔNIO DA

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PEIXOTO, JOHNE JESUS MOL

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DOI

10.5151/2594-5300-43497

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Resumo

Este trabalho avalia a trajetória e a dispersão de gotas de óleo injetadas por meio de uma lança submersa em um desgaseificador Ruhrstahl-Heraeus (RH), utilizando modelagem física e fluidodinâmica computacional (CFD). Os experimentos foram realizados em um modelo físico de RH em acrílico, em escala 1:7,5, sob duas condições de injeção de gás: 60 L/min na perna de subida do RH combinados com 5 e 10 L/min na lança submersa. O óleo foi adotado como análogo da fase dispersa, e ensaios com corante água-anilina foram utilizados para apoiar a interpretação dos padrões de mistura. Em cada ensaio, 50 mL de óleo foram injetados ao longo de 20 s, correspondendo a uma vazão mássica de 0,0025 kg/s. As simulações numéricas foram realizadas no ANSYS CFX 26.1, utilizando um campo de escoamento água-ar Euleriano-Euleriano previamente validado para a mesma geometria do RH. A fase óleo foi introduzida pela lança, e a influência das forças interfásicas água-óleo foi avaliada de forma gradual, por meio da ativação da massa virtual, da dispersão turbulenta, da força de gradiente de pressão e da velocidade experimental de saída. Os registros experimentais foram analisados até 5 s após a injeção em duas posições, vista frontal e vista lateral, e comparados com os padrões tridimensionais de dispersão de óleo obtidos por CFD. A comparação mostrou que a inclusão progressiva das forças interfásicas melhorou a coerência entre as trajetórias de óleo simuladas e observadas. A metodologia proposta contribui para a compreensão do papel da injeção por lança submersa no controle da dispersão da fase dessulfurante e do comportamento de residência em reatores RH.

This work evaluates the trajectory and dispersion of oil droplets injected through a submerged lance in a Ruhrstahl–Heraeus (RH) degasser using physical modeling and computational fluid dynamics (CFD). Experiments were performed in a 1:7.5 scale acrylic RH model under two gas injection conditions: 60 L/min in the RH up-leg combined with 5 and 10 L/min in the submerged lance. Oil was adopted as an analogue for the dispersed phase, and water-aniline dye tests were used to support the interpretation of the mixing patterns. In each test, 50 mL of oil were injected over 20 s, corresponding to a mass flow rate of 0.0025 kg/s. Numerical simulations were performed in ANSYS CFX 26.1 using a previously validated Eulerian–Eulerian water-air flow field for the same RH geometry. The oil phase was introduced through the lance, and the influence of water-oil interphase forces was evaluated stepwise by activating virtual mass, turbulent dispersion, pressure gradient force and the experimental outlet velocity. Experimental recordings were analyzed up to 5 s after injection in two positions, front view and side view, and compared with three-dimensional CFD oil dispersion patterns. The comparison showed that the progressive inclusion of interphase forces improved the coherence between simulated and observed oil trajectories. The proposed methodology contributes to understanding the role of submerged lance injection in controlling desulfurizing phase dispersion and residence behavior in RH reactors.

Palavras-chave

RH, CFD Multiphase, Modelagem Física, Dispersão de Gotas de Óleo

RH Degasser, Multiphase CFD, Physical Modeling, Oil Droplet Dispersion