Simulação de um forno de craqueamento térmico de 1,2-dicloroetano (edc) utilizando fluidodinâmica computacional

Abstract

Os fornos de craqueamento térmico tem uma grande importância na cadeia petroquímica, principalmente nos setores da primeira e da segunda geração desse ramo industrial. Setores esses que geram insumos básicos para fibras, resinas, plásticos e produtos químicos. Seu funcionamento é baseado na quebra de grandes hidrocarbonetos, utilizando para isto grandes variações de pressão e temperatura via reação química de combustão. Visando uma melhor compreensão deste fenômeno para fins de predição de variáveis e de otimização, esse trabalho tem como proposta analisar a fluidodinâmica da combustão na seção de radiação de um forno de craqueamento térmico de 1,2-dicloroetano, através do uso do software ANSYS CFX® 13.0. A simulação é baseada no modelo Eddy-Dissipation para a combustão, o modelo k-ε para a turbulência e na comparação dos resultados obtidos para quatro diferentes modelos dede transferência de calor por radiação: P1, Rosseland, DTM e Monte Carlo. Os resultados obtidos indicam que os modelos mais adequados são os P1 e DTM, quando comparadas as predições de temperaturas desses modelos com os dados do equipamento industrial. Em geral, o modelo demonstra grande potencial para uso em predições de variáveis de processo, tais como temperatura, concentração do CO2, velocidades dos gases formados e para a otimização do ponto ótimo de localização de instrumentos medidores de temperatura.

The thermal cracking furnaces are of great importance in the petrochemical chain, especially in the first and second generation sectors of this industrial branch. These sectors generate basic inputs for fibers, resins, plastics and chemicals. Its operation based on the breaking of large hydrocarbons, using for this great variations of pressure and temperature via chemical reaction of combustion. Aiming at a better understanding of this phenomenon for the purpose of variable prediction and optimization, this work aims to analyze the fluid dynamics of the combustion in the radiation section of a 1,2-dichloroethane thermal cracking furnace through the use of software ANSYS® CFX 13.0. The simulation based on the Eddy-Dissipation model for combustion, the k-ε model for turbulence and the comparison of results for four different models of radiation heat transfer: P1, Rosseland, DTM and Monte Carlo. The results indicate that the most suitable models are the P1 and DTM, when comparing the predictions of temperatures of these models with the data of the industrial equipment. In general, the model shows great potential for use in predictions of process variables, such as temperature, CO2 concentration, formed gas velocities and for the optimization of the optimum point of location of temperature measuring instruments.