Orientador: José Roberto Nunhez

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

Resumo: A qualidade da mistura de fluidos em um processo químico é importante quando se deseja melhorar as características do produto final. Dependendo do tipo de fluido, o processo de mistura pode apresentar dificuldades, como é o caso dos fluidos não newtonianos ou fluidos newtonianos com altas...

Resumo: A qualidade da mistura de fluidos em um processo químico é importante quando se deseja melhorar as características do produto final. Dependendo do tipo de fluido, o processo de mistura pode apresentar dificuldades, como é o caso dos fluidos não newtonianos ou fluidos newtonianos com altas viscosidades. Os misturadores estáticos são amplamente utilizados na mistura de fluidos newtonianos e não newtonianos. Estes equipamentos permitem obter misturas com alto grau de homogeneização e quedas de pressão moderadas. O presente trabalho analisa o grau de homogeneização dos fluidos newtonianos na mistura de uma solução aquosa de Glicerol 80% p/p e a mistura de um óleo pesado (16°API) com um óleo leve (28,3°API), estes últimos utilizados no processo de diluição de óleo pesado. De igual forma é estudado o grau de homogeneização dos fluidos não newtonianos na mistura de uma solução aquosa de Carbopol 940 0,1% p/p e a mistura de uma solução aquosa de Carbopol 940 0,1% p/p e Carbopol 940 0,2% p/p. A simulação da mistura dos fluidos realizou-se em um misturador estático helicoidal. O Coeficiente de Variação (CoV), a queda de pressão em relação ao fator KL e a velocida analisaram-se para as misturas propostas. O CoV para as misturas dos fluidos newtonianos atingiu um valor ? 0,05 com 14 elementos de mistura. No caso dos fluidos não newtonianos o valor ? 0,05 foi atingido com 14 e 16 elementos de mistura. Os valores do fator KL foram comparados com o valor de KL comercial para o misturador estático helicoidal. As diferenças entre estes valores encontram-se em torno de 2% para os fluidos newtonianos. A direção na rotação dos elementos estáticos tem sido estudada considerando a influência no CoV final. Esta rotação da geometria proporciona um padrão de fluxo diferente que permite obter uma variação de CoV desde 0,283 para 0,156 no caso do Glicerol e desde 0,244 para 0,197 no caso dos hidrocarbonetos para um comprimento de L/D = 21 (6 elementos de mistura). O modelo de simulação proposto considera um fluido multicomponente em regime laminar e é desenvolvido utilizando a Fluidodinâmica Computacional (CFD). Os resultados obtidos compararam-se com resultados encontrados na literatura, apresentando proximidade. O uso do misturador estático helicoidal na mistura de hidrocarbonetos mostrou resultados adequados obtendo um valor de CoV = 0,034 (? 0,05) permitindo inferir que o uso do misturador estático helicoidal poderia ser uma alternativa para a mistura de hidrocarbonetos no processo de diluição de óleo pesado

Abstract: The quality of the fluid mixture in chemical processes is important when it is necessary to improve the characteristics of the final product. Depending on the type of fluid, the mixture process can present difficulties, as is the case of no Newtonian fluids and Newtonian fluids with high...

Abstract: The quality of the fluid mixture in chemical processes is important when it is necessary to improve the characteristics of the final product. Depending on the type of fluid, the mixture process can present difficulties, as is the case of no Newtonian fluids and Newtonian fluids with high viscosities. Static mixers are widely used in the mixture of Newtonian fluids and no Newtonian fluids. This equipment allows obtaining high homogenization with a moderate pressure drop. The aim of this work is to analyze the homogenization degree of Newtonian fluids in a mixture of an aqueous solution of Glycerol 80% p/p and a mixture of heavy oil (16ºAPI) with light oil (28.3ºAPI) (in the heavy oil dilution process). Similarly, it is studying the homogenization degree of no Newtonian fluids in a mixture of an aqueous solution of Carbopol 940 0.1% p/p and a mixture of an aqueous solution of Carbopol 940 0.1% p/p and Carbopol 940 0.2% p/p. The simulation of the mixtures was performed in a helical static mixer. The Coefficient of Variation CoV, the pressure drop in function of the KL factor and the velocity was analyzed for the proposed mixtures. The CoV for the Newtonian fluids mixture reached a value ? 0.05 with 14 mixer elements. In the case of no the Newtonian fluids, the CoV? 0.05 was achieved with 14 and 16 mixer elements. The values of KL factor were compared with the commercial KL factor value to the helical static mixer. The differences between this KL factor values represent 2% in the case of the Newtonian fluids. The influence of the rotation and direction of the static elements has also been studied considering the influence in the CoV. Depending on the direction of rotation, the CoV value varies from 0.283 to 0.156 in the Glycerol mixture and from 0.244 to 0.197 in the hydrocarbons mixture in L/D = 21 (6 mixer elements). The 3D model proposed considers a multi-component flow in laminar regime, using Computational Fluid Dynamics (CFD). The results obtained are consistent with the literature experimental. The use of the helical static mixer in the hydrocarbon mixture shown good results related to the CoV, obtaining 0.034 (? 0.05). The results permit to infer the use of this static mixer would be an alternative to mixing fluids in the dilution of heavy oil process

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