| dc.description.abstract | Glencore Nikkelverk utvikler en fullskala venturi skrubber for å rense forurenset gass fra et nytt prosessanlegg. Designet skal optimalisere separasjon av partikler i gassfasen og skal baseres på en mindre installert skrubber. Høy virkningsgrad er avgjørende for å imøtekomme standarder for luftforurensing og bidra til et grønnere og mer bærekraftig miljø. Denne oppgaven anvender CFD som analyseverktøy for partikkelbelastet gasstrømning i både den installerte og fullskala skrubberen. To klassiske interne strømningstilfeller ble undersøkt for validering av de numeriske beregningene av skrubberen. Turbulens modellering ble undersøkt i det første strømningstilfellet, turbulent strømning i en konsentrisk annulus. CFD simuleringer med standard to-lignings turbulens modeller og Reynoldsspennings modell ble benyttet og sammenlignet med eksperimentelle data og numeriske simuleringer i litteraturen. I det andre strømningstilfellet, nedstrøms rørstrømning rundt et butt objekt, er partikkel modelleringen validert ved sammenligning med eksperimentell data.
Basert på erfaringer fra de to strømningstilfellene ble det utført todimensjonale aksesymmetrisk numeriske beregninger av den installerte skrubberen. En viktig design parameter er trykkfallet over skrubberen. I denne oppgaven ble trykkfallet beregnet ved forskjellige driftstilstander. Beregnet trykkfall for den installerte skrubberen er innenfor standardavviket for målingene utført av Glencore Nikkelverk. Litteraturstudiet viste at hovedsakelig empiriske korrelasjoner blir brukt til å beregne trykkfallet i utviklingsfasen. Et nøyaktig a priori estimat av trykkfallet avhenger av at korrekte konstanter blir satt i de empiriske korrelasjonene. Derfor er påliteligheten av disse korrelasjonene begrenset og CFD simuleringer er dermed foretrukket.
Partikkelbaner i den installerte skrubberen ble undersøkt. Det er funnet at mindre partikler er vanskeligere å separere fra gassfasen enn større partikler, som er bekreftet i litteraturstudiet. Til slutt, ble simuleringer av en fullskala skrubber utført, hvor dimensjonene er oppskalert med en faktor på ti. Resultatene indikerte lavere Stokes nummer og mindre effektiv seperasjon av partikler. Det er funnet at betraktinger utenfor oppgavens avgrensning må inkluderes for å designe en effektiv fullskala skrubber. | |
| dc.description.abstract | Glencore Nikkelverk is designing a large-scale venturi scrubber to clean pollutant gas from a new processing plant. The proposed design by Glencore Nikkelverk of the large-scale scrubber is based on an already installed smaller venturi scrubber. By obtaining the fluid dynamics of the scrubber it is possible to optimize the design and reduce air pollution in accordance to the modern standards for a greener future. This thesis investigates the particle-laden gas flow in the installed scrubber at Glencore Nikkelverk and the full-scale scrubber by means of CFD. Furthermore, two test cases were performed to enhance validation of the simulations of the scrubber. Specifically, turbulence modelling was benchmarked in the first test case, i.e. turbulent flow in a concentric annulus. Simulations with standard two-equation turbulence models and Reynolds stress model were performed and compared to experimental and numerical data in the literature. In the second test case, confined bluff body flow, the particle modelling was benchmarked by comparisons of simulations and experimental data.
Based on the findings of the two test cases, two-dimensional axisymmetric simulations of the installed scrubber were performed. One of the most important design parameters is the pressure drop across the venturi scrubber. In the present study, the pressure drop was computed for different operating conditions. The computed pressure drop was within the standard deviation of the measurements obtained by Glencore Nikkelverk for the installed venturi scrubber. The conducted literature study revealed that most designers rely on empirical correlations for determining the pressure drop. For an accurate a priori pressure drop estimation based on empirical correlations, appropriate factors must be determined. Thus, the reliability of these correlations is limited, and a CFD simulation is therefore preferred.
An investigation of the particle paths in the installed scrubber was conducted. The results were consistent with the literature, i.e. the smaller particles are more difficult to separate from the gas phase than larger particles. Finally, simulations of the large-scale scrubber were performed where the dimensions are scaled-up by a factor of ten. The results indicated smaller particle Stokes number and less efficient separation than the installed scrubber. It was found that further work is needed in order to accurately predict the particle collection efficiency. | |
