Large eddy simulation of the flow in a stirred tank reactor for calcium hydroxide dissolution

The present work aims to study the dispersion and dissolution of calcium hydroxide in water; for this purpose, fluid dynamic simulations, concerning the flow inside a stirred tank reactor with an impeller, have been performed with a LES modeling (Large Eddy Simulation). To complete the simulation, the chemical kinetics of calcium hydroxide have been considered, coupled with fluid dynamics. In particular, the behavior of slaked lime in water with variations in temperature and salinity have been analyzed, according to some experiments carried out in laboratory at Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano (CMIC). Both the physical and numerical models underlying the simulations and code implementa tion are reported; in addition there are the results of the validation of the finite differences code used. To achieve the purposes it has been necessary to modify the source code and adapt it to the specific needs of the simulations in exam. The model developed can be used for future studies related to the dissolution of calcium hydroxide, simulating marine conditions (DESARC Maresanus project).

Il presente lavoro si pone l’obiettivo di studiare la dispersione e dissoluzione dell’idrossido di calcio in acqua; per tale scopo sono state eseguite delle simulazioni fluidodinamiche con una modellazione LES (Large Eddy Simulation), che riproducono il flusso del fludio all’interno di un beaker agitato da una girante. A completamento della simulazione, vengono considerate, accopiate alla fluidodinamica, le cinetiche chimiche dell’idrossido di calcio. In particolare, è stato analizzato il comportamento della calce idratata in acqua al variare di temperatura e salinità, in accordo con alcuni esperimenti realizzati in laboratorio presso il Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano (CMIC). Sono riportati sia i modelli fisici che numerici alla base del codice e della sua implemen tazione; inoltre sono presenti i risultati della validazione del codice alle differenze finite utilizzato. Per il raggiungimento degli scopi prefissati è stato necessario modificare il codice sorgente ed adattarlo alle esigenze specifiche delle simulazioni in esame. Il modello sviluppato potrà essere utilizzato per studi futuri relativi alla dissoluzione di idrossido di calcio, simulando le condizioni marine (progetto DESARC Maresanus).