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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 2022
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):Dinâmica dos fluidos computacional   Modelos matemáticos   Minérios   Catálise   Gases   Partículas sólidas

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)

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