مطالعۀ تجربی رشد حباب در یک بستر سیال گاز- جامد نیم‌استوانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه تهران

2 استاد مهندسی شیمی، دانشگاه تهران

چکیده

بسترهای سیال‌شده در فرایندهای مختلفی نظیر خشک‌کردن، مخلوط‌کردن، انجام واکنش‌های کاتالیستی و غیر کاتالیستی استفاده می‌شوند. در این مقاله، ویژگی‌های هیدرودینامیکی یک بستر سیال نیم‌استوانه‌ای گاز- جامد که متأثر از ویژگی‌های حباب شامل  اندازه، شکل و سرعت بالارفتن حباب است، به‌صورت تجربی در سرعت‌های ظاهری مختلف گاز برای ذرات 420 میکرومتر به‌وسیلۀ تصویربرداری دیجیتال مطالعه شده است. آزمایش‌ها در یک بستر سیال نیم‌استوانه‌ای به‌قطر 14 سانتی‌متر در فشار و دمای محیط انجام شدند. ارتفاع بستر پرشده در حالت ایستا 21 سانتی‌متر (5/1L/D=) و سرعت ظاهری گاز در محدودۀ 2/0 تا 8/0 متر بر ثانیه متغیر بود. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با افزایش سرعت ظاهری گاز و ارتفاع، متوسط اندازه و سرعت بالارفتن حباب‌ها در بستر افزایش می‌یابد. مقادیر به‌دست‌آمده به‌روش تجربی با مقادیر حساب‌شده از معادلات تجربی، انطباق قابل قبولی داشتند و میانگین درصد خطای حساب‌شدۀ اندازۀ حباب و سرعت بالارفتن آن به‌وسیلۀ آزمایش‌ها و روابط موجود به‌ترتیب برابر 5/3 و 7 درصد به دست آمد. برتری بستر نیم‌استوانه‌ای نسبت به استوانه‌ای این است که از راه وجه مسطح آن می‌توان به‌صورت غیرتداخلی، پدیده‌های درون بستر را مشاهده کرد. نتایج این آزمایش‌ها می‌تواند به درک رفتار پیچیدۀ هیدوردینامیکی بسترهای سیال کمک کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Bubble Growth in in a Half-Cylindrical Gas-Solid Fluidized Bed

نویسندگان [English]

  • N. Nikjou 1
  • R. Sotudeh-Gharebagh 2
  • N. Mostoufi 2
  • R. Zarghami 2
1 M. Sc in Chemical Engineering, University of Tehran
2 Professor of Chemical Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Fluidized beds are widely used in various processes such as mixing, catalytic and non-catalytic reactions, etc. In this article, the hydrodynamic characteristics of a gas-solid semi-cylindrical fluidized bed, which are affected by bubble properties including shape, size and rising velocity, are investigated for glass beads of 420 μm. For this purpose, a digital image analysis technique was employed to study the bubble behavior. The experiments were carried out in a semi-cylindrical fluidized bed with a diameter of 14 cm at ambient pressure and temperature. The static bed height was 21 cm (L/D=1.5) in all cases and the superficial gas velocity was varied in the range of 0.2 to 0.8 m/s. All properties of bubbles were investigated by increasing the superficial gas velocity and against the height of the bed. The results showed that aspect ratio, size and rising velocity of bubbles increase with increasing the superficial gas velocity. The size and rising velocity of bubbles, which were obtained experimentally, were found to be in good agreement with the values calculated by existing correlations with relative errors of 3.5% and 7 %, respectively. Moreover, all above mentioned properties of bubbles increase by increasing the height of the bed. The advantage of a semi-cylindrical bed over a cylindrical one is that through its flat surface, the phenomena inside the bed can be observed by a non-intrusive method. The results of these experiments can help to understand the complicated hydrodynamic behavior of fluidized beds.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fluidized bed
  • Bubble
  • Half-cylindrical
  • Digital image

مراجع

 

[1]        Kunii, D., Levenspiel, O., Fluidization Engineering, 2nd Ed.: Butterworth-Heinemann, pp. 1-50, (1991).
[2]        Okhovat-Alavian, S. M., Behin, J., Mostoufi, N., "Investigating the flow structures in semi-cylindrical bubbling fluidized bed using pressure fluctuation signals", Adv. Powder Technol., 30, pp. 1247-1256, (2019).
[3]        Vishwanath, P., Das, S., Fabijanic, D., Hodgson, P., "Qualitative comparison of bubble evolution in a two dimensional gas-solid fluidized bed using image analysis and CFD model", Mater. Today Proc., 4, pp. 5290-5305, (2017).
[4]        Dechsiri, C., Particle Transport in Fluidized Beds: Experiments and Stochastic Models. PhD Thesis, University of Groningen, Groningen, Netherlands, (1973).
 [5]       Li, T., "Validation of a 2.5D CFD model for cylindrical gas – solids fl uidized beds", 286,
pp. 817-827, (2015).
[6]        Okhovat-Alavian, S. M., Behin, J., Mostoufi, N., "Investigating bubble dynamics in a semi-cylindrical gas-solid fluidized bed", Powder Technol., 370,
pp. 129-136, (2020).
[7]        Hatate, Y., King, D. F., Migita, M., Ikari, A., "Behavior of bubbles in a semi-cylindrical gas-solid fluidized bed", J. Chem. Eng. Japan, Vol. 18, No. 2, pp. 99-104, (1985).
[8]        Singh, R. K., Suryanarayana, A., Roy, G. K., "Prediction of Bed Expansion Ratio for Gas-solid Fluidization in Cylindrical and Non-cylindrical Beds", J. Inst. Eng. Chem. Eng. Div., 79, pp. 51-54, (1999).
[9]        Singh, R. K., Roy, G. K., "Prediction of minimum bubbling velocity, fluidization index and range of particulate fluidization for gas-solid fluidization in cylindrical and non-cylindrical beds", Powder Technol., 159, pp. 168-172, (2005).
[10]      Singh, R. K., Roy, G. K., "Prediction of bed fluctuation ratio for gas-solid fluidization in cylindrical and non-cylindrical beds", Indian J. Chem. Technol., 13, pp. 139-143, (2006).
[11]      Mori, S., Wen, C. Y., "Estimation of bubble diameter in gaseous fluidized beds", AIChE J., 21, pp. 109-115, (1975).
[12]      Davidson, J. F., "Fluidized Particles", Mob. Part. Syst., pp. 173-196, (1995).
[13]      Karimipour, S., Pugsley, T., "A critical evaluation of literature correlations for predicting bubble size and velocity in gas-solid fluidized beds", Powder Technol., 205, pp. 1-14, (2011).
[14]      Padhi, R. K., Mohanty, Y. K., Roy, G. K., Sarangi, B., "Hydrodynamics Studies of Gas-Solid Fluidization in Non Cylindrical Conduits for Spherical and Non-Spherical Particles -A review", Int. J. Sci. Res. Publ., 4, pp. 1-8, (2014).
[15]      Jamshidi, N., Mostoufi, N., "Measurement of bubble size distribution in activated sludge bubble column bioreactor", Biochem. Eng. J., 125, pp. 212–220, (2017).
[16]      Busciglio, A., Vella, G., Micale, G., Rizzuti, L., "Analysis of the bubbling behaviour of 2D gas solid fluidized beds. Part II. Comparison between experiments and numerical simulations via Digital Image Analysis Technique", Chem. Eng. J., 148, pp. 145-163, (2009).
[17]      Asegehegn, T. W., Schreiber, M., Krautz, H. J., "Investigation of bubble behavior in fluidized beds with and without immersed horizontal tubes using a digital image analysis technique", Powder Technol., 210, pp. 248-260, (2011).
مهندسی شیمی ایران
دوره 21، شماره 125 - شماره پیاپی 125
بهمن و اسفند 1401
صفحه 69-78

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار