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
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2023
• Área de 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 21/09343-4 - Simulação CFD de sistemas multifísico e multiescala de reações gás-sólidas não-catalíticas: aplicação ao processo de redução direta do minério de ferro, BE.EP.DR
• Assunto(s): Dinâmica dos fluidos computacional Modelos matemáticos Minérios Catálise Gases Partículas sólidas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Fluidodinâmica computacional (CFD) | modelagem matematica | Reações heterogêneas gás-sólida | Redução direta do minério de ferro | Fluidodinâmica Computacional

Resumo

As reações heterogêneas gás-sólido não catalíticas representam uma grande importância em inúmeros processos industriais. Esses sistemas são complexos por serem inerentemente transientes, envolvendo os fenômenos de transporte de massa e calor associados às reações químicas e às consequentes alterações estruturais da fase sólida ao longo do tempo. Adicionalmente, as heterogeneidades tanto da distribuição do escoamento da fase gasosa como das alterações de morfologia dos sólidos na operação desses sistemas em reatores, caracterizam a complexidade em multiescala. Os diversos modelos matemáticos abordados na literatura têm sido baseados em várias simplificações. Por essas razões, o presente estudo propõe o desenvolvimento de um modelo matemático mais rigoroso, acoplando a representação das reações não catalíticas entre gás e partículas sólidas com modelos de escoamento de gás em leito móvel. A Fluidodinâmica Computacional (CFD) será utilizada para descrever as transformações químicas e físicas do processo de redução direta do minério de ferro. Esse processo consiste em uma sequência 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 investigação dos parâmetros estruturais dessa matéria-prima, como tamanho e porosidade. Os parâmetros de processo como vazão, temperatura e composição dos gases redutores também serão avaliados para determinar as condições ótimas de operação. O modelo será validado através de dados experimentais obtidos do processo laboratorial de redução direta de minério de ferro no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), bem como de dados de plantas industriais na literatura. Essa pesquisa constitui parte do projeto "Plano de Desenvolvimento Institucional na Área de Transformação 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. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

METOLINA, PATRICIA; DE ANDRADE, ROBERTO SILVA; RAMOS, BRUNO; GUARDANI, ROBERTO. Hydrogen direct reduction ironmaking process for zero CO2 emission: A study on the effect of particle properties changes during the multiple non-catalytic gas-solid reactions. MINERALS ENGINEERING, v. 201, p. 15-pg., 2023-10-01. (19/05840-3)

METOLINA, PATRICIA; RIBEIRO, TIAGO RAMOS; GUARDANI, ROBERTO. Hydrogen-based direct reduction of industrial iron ore pellets: Statistically designed experiments and computational simulation. INTERNATIONAL JOURNAL OF MINERALS METALLURGY AND MATERIALS, v. N/A, p. 14-pg., 2022-07-02. (19/05840-3)

RAMOS, BRUNO; FERREIRA, LIVIA BABETTO; PALHARIM, PRISCILA HASSE; METOLINA, PATRICIA; GUSMA, CAROLINA DE ARAUJO; TEIXEIRA, ANTONIO CARLOS SILVA COSTA. A continuous photo-Fenton-like process using persulfate salts for the degradation of acetaminophen under solar irradiation at circumneutral pH. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL ADVANCES, v. 14, p. 10-pg., 2023-05-15. (21/10919-8, 18/21271-6, 19/05840-3)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

METOLINA, Patrícia. Processo de produção de ferro usando redução direta com hidrogênio para zerar as emissão de CO2: um estudo em multi-escala das reações gás-sólido não catalíticas.. 2024. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.