Numerical simulation of the cleaning performance of a venturi scrubber

Abstract

Las aplicaciones industriales necesitan utilizar diferentes sistemas para el problema de la limpieza de gases. Se han desarrollado muchos procesos, como el uso de un venturi para la limpieza de gases y la reducción de la contaminación. Adicionalmente se han desarrollado varios estudios especialmente en términos de caída de presión debido a que es uno de los principales parámetros para determinar su eficiencia. Si bien el fenómeno de la transferencia de masa en un depurador venturi no ha recibido mucha atención, en el presente estudio se desarrolla una simulación bidimensional de transferencia de masa para la limpieza del gas de gasificación a través de un depurador venturi con condiciones de contorno representadas en velocidades de entrada de aire de 10, 15. , y 20 m/s y caudal másico de entrada de agua de 0,02, 0,04 y 0,06 kg/s. En este trabajo, las ecuaciones de Navier-Stokes se resuelven numéricamente y la técnica de transferencia de masa se trata mediante el modelo de volumen de fluido (VOF), utilizando software CFD. Los resultados obtenidos se analizaron presentando los contornos y perfiles de fracción de masa, velocidad y presión. También se estudia la función de densidad de probabilidad (PDF) de la transferencia de masa, mostrando cómo la eficiencia de eliminación del depurador venturi aumenta con una disminución en el caudal de líquido y un aumento en la velocidad del gas. Por lo tanto, los resultados muestran que el venturi propuesto tiene el mejor rendimiento de transferencia de masa con una PDF que alcanza 97,6 para una velocidad del líquido de 20 m/s y la eficiencia de eliminación mostró valores más altos a caudales de líquido bajos.

Industrial applications need to use different systems for the problem of gas cleaning. A lot of processes have been developed, such as the use of a venturi for gas cleaning and pollution reduction. Additionally, several studies have been developed especially in terms of pressure drop because it is one of the main parameters to determine its efficiency. While the phenomenon of mass transfer in a venturi scrubber has not found much attention, in the present study, a mass transfer two-dimensional simulation is developed for gasification gas cleaning through a venturi scrubber with boundary conditions represented in air inlet velocities of 10, 15, and 20 m/s and water inlet mass flow of 0.02, 0.04 and 0.06 kg/s. In this work, Navier–Stokes equations are solved numerically and the mass transfer technique is treated by the volume of fluid (VOF) model, using CFD software. The obtained results were analyzed by presenting the mass fraction, velocity and pressure contours, and profiles. The probability density function (PDF) of mass transfer is studied too, showing how the removal efficiency of the venturi scrubber increases with a decrease in the liquid flow rate and an increase in the gas velocity. Therefore, the results show that the proposed venturi has the best mass transfer performance with a PDF that reaches 97.6 for velocity liquid of 20 m/s and the removal efficiency showed higher values at low liquid flow rates