Liquid circulation, bubble size distributions, and solids movement in two- and three-phase bubble columns

Grevskott, Sverre; Sannæs, Bente H.; Duduković, Milorad P.; Hjarbo, Kai; Svendsen, Hallvard F.

doi:10.1016/0009-2509(96)00029-2

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“…In order to improve our understanding of the flow pattern and backmixing, CARPT data has been acquired by various research groups in fluidized beds (Moslemian, Chen and Chao, 1989), in bubble columns (Devanathan, Moslemian and Dudukovic, 1990;Degaleesan, 1997), slurries (Grevskott et al, 1996), spouted beds and ebullated beds (Limtrakul, 1996). Here we briefly review how CARPT-CT results contribute to establishing more accurate flow pattern models for several multiphase reactors such as bubble columns, risers, etc.…”

Section: Use Of Carpt-ct Results In Reactor Modelingmentioning

confidence: 99%

Opaque Multiphase Reactors: Experimentation, Modeling and Troubleshooting

Duduković¹

2000

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Réacteurs polyphasiques opaques : expérimentation, modélisation et traitement des incidents -Les réacteurs polyphasiques sont largement utilisés dans les industries pétrolière, chimique, pétrochimique, pharmaceutique et métallurgique, aussi bien pour la transformation des matières que pour la réduction de la pollution. La plupart des réacteurs présentant un intérêt industriel (colonnes à bulles avec solides en suspension -à slurry -, lits entraînés -risers -gaz-solide et lits fluidisés, lits bouillonnants et cuves agitées) sont opaques, parce que la phase dispersée occupe une fraction de volume importante. Tous les phénomènes physiques jouant sur la dynamique des fluides de tels systèmes ne sont pas encore entièrement compris. Cela rend extrêmement difficile la prédiction de paramètres importants du procédé, tels que la perte de charge, les profils de vitesse et de rétention, le taux de rétromélange, etc. Les concepts industriels reposent sur des corrélations, et celles-ci sont sujettes à une grande incertitude dès que l'on s'écarte des conditions d'exploitation des bases de données. Dans la plupart des cas, il serait bienvenu de prévoir les paramètres du procédé en se basant sur des modèles de dynamique des fluides. Cependant, même les meilleurs modèles (ceux qui sont aptes à traiter des récipients et des conduites de grand volume) nécessitent des lois de fermeture pour les termes d'interaction des phases, qui sont encore actuellement incertains et sujets à discussion. Il est donc nécessaire de vérifier ces modèles en mesurant avec précision les grandeurs que l'on souhaite prédire à l'aide de ces modèles, c'est-à-dire les taux et les profils de rétention des différentes phases, les profils de vitesse, le rétromélange, etc. Mais ces systèmes sont opaques, et il est donc impossible de « voir » à l'intérieur, ce qui apparaît comme un cercle vicieux et laisse présager que les prédictions des modèles sont destinées à rester invérifiées. Heureusement, comme deux importantes et récentes études l'ont montré (Chaouki et al., 1997a(Chaouki et al., , 1997b, des techniques peuvent nous offrir les informations souhaitées. Nous examinons ici deux d'entre elles : la tomographie assistée par rayon gamma (CT) pour la mesure des profils de rétention, et le traçage des particules radioactives assisté par ordinateur (CARPT) pour la mesure des profils de vitesse et des paramètres de rétromélange. Nous montrons comment utiliser ces techniques pour obtenir une information sur les systèmes industriellement intéressants et comportant des catalyseurs en mouvement comme les réacteurs élévateurs (risers) gaz-solide ou gaz-liquide, et les colonnes à bulles gaz-liquide. L'aptitude des codes CFD (Computational Fluid Dynamics) existants à prédire correctement les grandeurs hydrodynamiques observées est également brièvement discutée. Nous abordons ensuite les problèmes de l'écoulement disphasique dans les lits garnis, de l'évolution des techniques expérimentales et des modèles utilisés pour mieux quantifier les paramètres de ces réacte...

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Section: Use Of Carpt-ct Results In Reactor Modelingmentioning

confidence: 99%

Opaque Multiphase Reactors: Experimentation, Modeling and Troubleshooting

Duduković¹

2000

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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“…Figure 3 reveals the bubble diameter number densities for C ) ) for each bubble diameter population and has been used by other investigators to characterize bubble size in bubble columns. 9,15,20,21,[46][47][48] However, S B assumes that all bubbles are spherical, which is clearly not the case for the large bubbles that are influenced by the column walls (e.g., see Figure 2 for C ) 0% and υ l ) 1 cm/s). A more appropriate measure for the bubble sizes in this geometry is the maximum recorded equivalent bubble diameter, d B,max ; this value generally increases with increasing υ g and column height.…”

Section: Air-water (C ) 0%)mentioning

confidence: 99%

Bubble Size in a Cocurrent Fiber Slurry

Heindel

2002

Ind. Eng. Chem. Res.

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Bubble diameter measurements in a two-dimensional cocurrent bubble column are obtained using a gas−liquid−solid system in which the solid component is a cellulose fiber. Flash X-ray radiography, a noninvasive measurement technique, is used to record bubble size in the opaque slurry at various operating conditions. Results are presented for a range of fiber mass fractions (0 ≤ C ≤ 1.5%), a range of superficial gas velocities (1 ≤ υg ≤ 4 cm/s), two superficial liquid velocities (υl = 1 or 2 cm/s), and two column heights (H = 15−40 or 115−140 cm). Bubbles are categorized as either large (dB > 10 mm) or small (dB ≤ 10 mm), and all bubble diameter distributions can be characterized by log-normal distributions. The presence of fibers has the most significant effect on the large bubble size and population, even at mass fractions as low as 0.5%. In general, the large bubble size and population increases with column height, superficial gas velocity, and fiber mass fraction. Bubble diameter measurements in a two-dimensional cocurrent bubble column are obtained using a gas-liquid-solid system in which the solid component is a cellulose fiber. Flash X-ray radiography, a noninvasive measurement technique, is used to record bubble size in the opaque slurry at various operating conditions. Results are presented for a range of fiber mass fractions (0 e C e 1.5%), a range of superficial gas velocities (1 e υ g e 4 cm/s), two superficial liquid velocities (υ l ) 1 or 2 cm/s), and two column heights (H ) 15-40 or 115-140 cm). Bubbles are categorized as either large (d B > 10 mm) or small (d B e 10 mm), and all bubble diameter distributions can be characterized by log-normal distributions. The presence of fibers has the most significant effect on the large bubble size and population, even at mass fractions as low as 0.5%. In general, the large bubble size and population increases with column height, superficial gas velocity, and fiber mass fraction. Disciplines Mechanical Engineering Comments Reprinted with permission from

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“…Following an overview of the advancements and current trends in bubble column simulation using the Eulerian multi-fluid approach is provided. The pioneering work, performed among in 1989 and 1999, reproduced the fluid dynamics in rectangular bubble columns using two-dimensional Eulerian simulations [403][404][405][406][407][408][409][410][411][412]. However, other authors [413][414][415][416] remarked that, for more accurate predictions of the bubble plume oscillation period and the turbulent quantities, three-dimensional simulations are required for both rectangular [413][414][415] and circular [416] columns.…”

Section: The Eulerian Multi-fluid Approachmentioning

confidence: 99%

Two-Phase Bubble Columns: A Comprehensive Review

2018

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We present a comprehensive literature review on the two-phase bubble column; in this review we deeply analyze the flow regimes, the flow regime transitions, the local and global fluid dynamics parameters, and the mass transfer phenomena. First, we discuss the flow regimes, the flow regime transitions, the local and global fluid dynamics parameters, and the mass transfer. We also discuss how the operating parameters (i.e., pressure, temperature, and gas and liquid flow rates), the operating modes (i.e., the co-current, the counter-current and the batch modes), the liquid and gas phase properties, and the design parameters (i.e., gas sparger design, column diameter and aspect ratio) influence the flow regime transitions and the fluid dynamics parameters. Secondly, we present the experimental techniques for studying the global and local fluid dynamic properties. Finally, we present the modeling approaches to study the global and local bubble column fluid dynamics, and we outline the major issues to be solved in future studies.

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Liquid circulation, bubble size distributions, and solids movement in two- and three-phase bubble columns

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Opaque Multiphase Reactors: Experimentation, Modeling and Troubleshooting

Opaque Multiphase Reactors: Experimentation, Modeling and Troubleshooting

Bubble Size in a Cocurrent Fiber Slurry

Two-Phase Bubble Columns: A Comprehensive Review

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