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Modelagem matemática e simulação computacional de sistemas de reação gás-sólido em leito móvel: aplicação ao processo de redução direta do minério de ferro

Processo: 19/05840-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de maio de 2019
Vigência (Término): 30 de abril de 2021
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Química - Operações Industriais e Equipamentos para Engenharia Química
Pesquisador responsável:Roberto Guardani
Beneficiário:Patrícia Metolina
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo, SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:17/50343-2 - Plano de desenvolvimento institucional na área de transformação digital: manufatura avançada e cidades inteligentes e sustentáveis (PDIp), AP.PDIP
Assunto(s):Fluidodinâmica computacional

Resumo

As reações heterogêneas gás-sólido não catalíticas representam uma grande importância eminúmeros processos industriais. Esses sistemas são complexos por serem inerentementetransientes, envolvendo os fenômenos de transporte de massa e calor associados às reaçõesquímicas e às consequentes alterações estruturais da fase sólida ao longo do tempo.Adicionalmente, as heterogeneidades tanto da distribuição do escoamento da fase gasosa comodas alterações de morfologia dos sólidos na operação desses sistemas em reatores, caracterizam acomplexidade em multiescala. Os diversos modelos matemáticos abordados na literatura têm sidobaseados em várias simplificações. Por essas razões, o presente estudo propõe o desenvolvimentode um modelo matemático mais rigoroso, acoplando a representação das reações não catalíticasentre gás e partículas sólidas com modelos de escoamento de gás em leito móvel. AFluidodinâmica Computacional (CFD) será utilizada para descrever as transformações químicas efísicas do processo de redução direta do minério de ferro. Esse processo consiste em umasequência de reações entre um gás redutor e as pelotas sólidas de minério de ferro em reatores deleito móvel. Pretende-se determinar as melhores configurações da pelota através da investigaçãodos parâmetros estruturais dessa matéria-prima, como tamanho e porosidade. Os parâmetros deprocesso como vazão, temperatura e composição dos gases redutores também serão avaliados paradeterminar as condições ótimas de operação. O modelo será validado através de dadosexperimentais obtidos do processo laboratorial de redução direta de minério de ferro no Institutode Pesquisas Tecnológicas (IPT), bem como de dados de plantas industriais na literatura. Essapesquisa constitui parte do projeto "Plano de Desenvolvimento Institucional na Área deTransformação Digital: Manufatura Avançada e Cidades Inteligentes e Sustentáveis (PDIP)"do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (Processo FAPESP 2017/50343-2),na linha de pesquisa Modelagem de Processos Bio-Físico-Químicos.