Orientador: Milton Mori

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Muitos processos industriais, onde o escoamento de fluidos se faz presente, incluem fenômenos multifásicos, como é o caso do craqueamento catalítico fluidizado (FCC), presente nas refinarias de petróleo. O processo consiste em craquear as frações pesadas do petróleo e converter em produtos...

Resumo: Muitos processos industriais, onde o escoamento de fluidos se faz presente, incluem fenômenos multifásicos, como é o caso do craqueamento catalítico fluidizado (FCC), presente nas refinarias de petróleo. O processo consiste em craquear as frações pesadas do petróleo e converter em produtos de alto valor agregado. Apesar da sua viabilidade econômica, o processo opera sob condições extremas de temperatura e pressão e se caracteriza por apresentar escoamento multifásico reativo e uma série de fenômenos complexos, o que torna o processo difícil de ser avaliado experimentalmente. Dentro desse contexto, a fluidodinâmica computacional (CFD) tem se mostrado uma poderosa ferramenta para o estudo de muitos problemas práticos de engenharia que apresentam escoamento, pois além do custo reduzido, é possível avaliar equipamentos mesmo com condições extremas de operação. A fluidodinâmica dentro do riser é de carater heterogêneo e com acúmulo de partículas de catalisador na parede. Esse padrão de escoamento conhecido como core-annulus (centro anular) causa queda no rendimento do processo. Nesse sentido, o uso de defletores em risers de FCC tem despertado o interesse dos pesquisadores com o propósito de minimizar o acúmulo de partículas sólidas na parede e garantir uma melhor distribuição e uniformidade entre as fases dentro de um riser de FCC. Desta forma, o principal objetivo deste trabalho consistiu em avaliar a influência de defletores em riser de FCC sobre o escoamento gás-sólido utilizando fluidodinâmica computacional. Foram realizadas simulações numéricas a partir de uma matriz de planejamento variando os parâmetros geométricos: quantidade (Z), comprimento (H) e estrangulamento (E) dos defletores em riser de FCC. Os resultados das simulações numéricas mostraram que defletores em riser de FCC podem ocasionar mudanças no escoamento proporcionando maior homogeneização no sistema. A análise estatística dos resultados apontou os parâmetros que mais influenciam no rendimento da gasolina, coque, frações leves e frações pesadas, bem como o aumento ou redução da queda de pressão

Abstract: Many industrial processes with fluids flow include multiphase phenomena, such as fluidized catalytic cracking (FCC), which is present in oil refineries. This process consists of cracking the heavy oil fractions and converting them into high added-value products. Despite its economic...

Abstract: Many industrial processes with fluids flow include multiphase phenomena, such as fluidized catalytic cracking (FCC), which is present in oil refineries. This process consists of cracking the heavy oil fractions and converting them into high added-value products. Despite its economic viability, this process operates under extreme conditions of temperature and pressure and is characterized by the presence of multiphase reactive flow and a series of complex phenomena, which makes the process difficult to be evaluated experimentally. In this context, computational fluid dynamics (CFD) has proved to be a powerful tool for the study of many practical engineering problems in which a flow pattern is observed because, besides the reduced costs, it is possible to evaluate equipment even under extreme operating conditions. The fluid dynamics inside the riser is heterogeneous and characterized by accumulation of catalyst particles onto the wall. This flow pattern known as core-annulus causes a decrease in process yields. In this sense, the use of baffles in FCC risers has attracted the interest of researchers with the purpose of minimizing the accumulation of solid particles onto the wall and ensuring better distribution and uniformity between the phases within FCC risers. Therefore, the main objective of this work was to evaluate the influence of baffles in FCC riser on the gas-solid flow using computational fluid dynamics. Numerical simulations were performed using a three-level factorial design by varying the geometric parameters: quantity (Z), length (H) and throttling (E) of baffles in the FCC riser. The results of the numerical simulations showed that baffles in FCC riser can cause changes to the flow, providing greater homogenization in the system. The statistical analysis of the results pointed out the parameters that most influenced the yields of gasoline, coke, light fractions and heavy fractions, as well as the increase or decrease of pressure

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