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Mechanisms of solids drawdown in stirred tanks

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Abstract

Agitated tanks are used in several industrial processes to achieve complete drawdown of floating solids in liquids. The design requirements for this process are not completely defined, and are currently limited to heuristics regarding the use of a surface vortex and the effect of wettability on the difficulty of mixing, along with several initial studies in the literature. In this study, the effect of the type of impeller, particle size and shape, solids concentration, impeller submergence, and baffle configuration on the minimum drawdown speed (Njd) are investigated. It was found that the formation of a large surface vortex acts to hold particles close to the surface. Suppression of the surface vortex is recommended. In baffled tanks where the formation of a large surface vortex is suppressed, the intensity of turbulence and mean circulation velocity of the liquid are responsible for solids drawdown and distribution in the tank. The submergence of the impeller relative to the liquid surface and the pumping mode of the pitched blade turbine (PBT) were found to be the controlling parameters. CFD simulations were carried out to obtain a better understanding and interpretation of the flow patterns and drawdown mechanisms for the different baffle configurations.

Abstract

Les réservoirs agités servent dans plusieurs procédés industriels pour réaliser l'immersion complète des solides flottant sur les liquides. Les besoins de conception pour ce procédé ne sont pas complètement définis et sont actuellement limités à une approche heuristique utilisant un vortex de surface et à l'effet de la mouillabilité sur la difficulté de mélange, en complément de plusieurs études initiales dans la littérature scientifique. Dans cette étude, l'effet du type de turbine, de la taille et de la forme des particules, de la concentration de solides, de la submersion de la turbine et de la configuration des chicanes sur la vitesse d'immersion (Njd) est étudié. On a trouvé que la formation d'un vortex de surface important a pour effet de garder les particules proches de la surface. La suppression du vortex de surface est recommandée. Dans les réservoirs munis de chicanes où la formation du vortex de surface important est supprimée, l'intensité de la turbulence et la vitesse de circulation moyenne du liquide sont responsables de l'immersion des solides et de leur distribution dans le réservoir. On a trouvé que la hauteur d'immersion de la turbine par rapport à la surface du liquide et le mode de pompage de la turbine à pales inclinées (PBT) étaient les paramètres gouvernants. Des simulations en CFD ont été menées pour une meilleure compréhension et interprétation des profils d'écoulement et des mécanismes d'immersion pour différentes configurations de chicanes.

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