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Título: Estudo de otimização geométrica de pás de um reator CSTR em seu processo de agitação mecânica da mistura reacional
Autor(es): Dias, Ederlan Fim
Orientador(es): Matos, Everton Moraes
Palavras-chave: Reatores químicos
Simulação (Computadores digitais)
Otimização estrutural
Chemical reactors
Digital computer simulation
Structural optimization
Data do documento: 15-Jun-2018
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Referência: DIAS, Ederlan Fim. Estudo de otimização geométrica de pás de um reator CSTR em seu processo de agitação mecânica da mistura reacional. 2018. 54 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2018.
Resumo: Os reatores químicos referidos como reatores tanques agitados contínuos, também conhecidos como reatores CSTR são equipamentos de grande importância na indústria de transformação química que consiste, em propiciar condições necessárias para a conversão de uma mistura de reagentes químicos em um produto de valor agregado. Um reator CSTR é composto por um tanque físico onde são inseridos um ou mais reagente sob a agitação. Essa agitação é realizada por um agitador ou misturador de fluidos inserido dentro do tanque com o objetivo de proporcionar uma maior conversão dos reagentes em produtos propiciando uma maior interatividade entre os fluidos reacionais, consequentemente aumento a eficiência de conversão final. No mercado há diversos tipos de misturadores que utilizam impelidores que se diferem basicamente em sua geometria dimensional. Cada geometria de impelidor é indicado dependendo das propriedades físico-químicas do meio reacional que lhe é exposto. O presente trabalho visou a otimização geométrica do impelidor tipo hélice inclinada com torção transversal obtendo ao final uma geometria ótima que com as mesmas condições operacionais proporcionasse um maior grau de mistura no interior do reator tanque, obtendo assim um processo de reação com maior eficiência utilizando a mesma potência de mistura do agitador mecânico. O estudo consistiu em realizar uma variação paramétrica de uma geometria padrão escolhida e por meio das técnicas de simulação computacional. Utilizando as teorias de fluidodinâmica computacional foi possível realizar a análise e comparação entre as geometrias geradas utilizando como variável de decisão a homogeneização da temperatura de dois fluidos, além da comparação da eficiência de mistura tendo como referência a mistura com ausência do agitador: em uma primeira análise com 25 geometrias geradas via variação paramétrica, dos quais 3 com maior desempenho de mistura foi realizado uma análise avaliando a conversão final da reação de ácido-base. A reação utilizada para estudo foi de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio, formando sulfeto de sódio e água. A melhor configuração geométrica dos impelidores foi com inclinação e torção 80 e 60º respectivamente.
Abstract: Chemical reactors resorted to continuous stirred tanks, also CSTRs as chemical development industry that should be considered a value-added process. The CSTR is supplied by a vial of physical substance that is inserted or more reactive under agitation. Such agitation is performed by a stirrer or fluid mixer within the tank in order to provide greater translocation of the reactants into products by providing increased interactivity between the reaction fluids, thereby increasing the efficiency of the final conversion. In the market for types of mixers that use dimensional geometry systems. Each reaction geometry is associated with the physical-chemical properties of the reaction medium that is exposed. The present work is an optimization of the geometry of the type of insulation with transversal slope obtained along a geometry that is a process of reaction with greater efficiency same mixing power of the mechanical agitator. The study consisted in performing a parametric selection of a standard geometry obtained by the means of computational simulation techniques. Using as computational fluid dynamics theories, it was possible to perform an analysis and comparison between generated geometries as a variation of the homogenization of the two fluids temperature, besides the efficiency of the mixture with reference to the mixture with the agitator: in a first analysis with 25 geometries generated via parametric comparison, of which 3 with higher correlation performance was evaluated through the final acid-base analysis. The version used was sulfonic acid and sodium hydroxide, forming sodium sulfide and water. The best geometric configuration of the impulses and torsions 80 and 60º.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9848
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