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A discrete element study of wet particle–particle interaction during granulation in a spout fluidized bed

Authors

  • Maureen S. van Buijtenen,

    1. Faculty of Science and Technology, Institute for Mechanics Processes and Control Twente, University of Twente, PO Box 217, Enschede 7500 AE, The Netherlands
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  • Niels G. Deen,

    Corresponding author
    1. Faculty of Science and Technology, Institute for Mechanics Processes and Control Twente, University of Twente, PO Box 217, Enschede 7500 AE, The Netherlands
    • Faculty of Science and Technology, Institute for Mechanics Processes and Control Twente, University of Twente, PO Box 217, Enschede 7500 AE, The Netherlands.
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  • Stefan Heinrich,

    1. Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology, Hamburg University of Technology, 21071 Hamburg, Germany
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  • Sergiy Antonyuk,

    1. Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology, Hamburg University of Technology, 21071 Hamburg, Germany
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  • J. A. M. Kuipers

    1. Faculty of Science and Technology, Institute for Mechanics Processes and Control Twente, University of Twente, PO Box 217, Enschede 7500 AE, The Netherlands
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Abstract

In this article we study the effect of the inter-particle interaction on the bed dynamics, by considering a variable restitution coefficient. The restitution coefficient is varied in time and space depending on the moisture content due to the particle–droplet interaction and evaporation. This study is done computationally, by using an extended discrete element model (DEM). The examined flow regimes comprise the intermediate/spout-fluidization regime (B1), spouting-with-aeration regime (B2) and the jet-in-fluidized-bed regime (B3). For all flow regimes, the averaged bed height increases with decreasing restitution coefficient. Moreover, the averaged bed height for a variable restitution coefficient is larger for all flow regimes compared to a case with a constant restitution coefficient, indicating that the distribution of the restitution coefficient influences the bed dynamics.

The effect of evaporation on the distribution of the restitution coefficient is only observed for the jet-in-fluidized-bed regime (B3), where the background velocity is relatively high leading to enhanced evaporation from the particles in the annulus region. This is reflected in the averaged bed height for the evaporation test case, which is larger compared to a test case without evaporation.

A larger bed height for cases with variable restitution coefficient is due to the pressure build up in the spout region caused by the longer closing period of the spout channel. This is confirmed by the recorded pressure fluctuation signal and its root mean square which are larger for the cases with the variable restitution coefficient.

Abstract

On étudie dans cet article l'effet de l'interaction entre les particules sur la dynamique de lit, en considérant un coefficient de restitution variable. On a fait varier le coefficient de restitution dans le temps et dans l'espace en fonction de la teneur en humidité due à l'interaction particules-gouttelettes et à l'évaporation. Cette étude a été réalisée par ordinateur, à l'aide d'un modèle d'éléments discrets étendu (DEM). Les régimes d'écoulement examinés comprennent le régime de fluidisation intermédiaire/jaillissement (B1), le régime de jaillissement avec aération (B2) et le régime de jet en lit fluidisé (B3). Pour tous ces régimes d'écoulement, la hauteur de lit moyennée augmente avec la diminution du coefficient de restitution. En outre, la hauteur de lit moyennée pour un coefficient de restitution variable est plus grande pour tous les régimes d'écoulement comparativement au cas du coefficient de restitution constant, ce qui indique que la distribution du coefficient de restitution influence la dynamique de lit. L'effet de l'évaporation sur la distribution du coefficient de restitution s'observe seulement pour le régime de jet en lit fluidisé (B3), où la vitesse de fond est relativement élevée, augmentant ainsi l'évaporation des particules dans la région de l'espace annulaire. Ceci se reflète dans la hauteur de lit moyennée pour le cas testé avec évaporation, qui est plus grande que dans le cas testé sans évaporation. Une hauteur de lit plus grande pour les cas avec coefficient de restitution variable est due à la montée de la pression dans la région du jaillissement qui est causée par la période de fermeture plus longue de la conduite de jaillissement. Ceci se confirme par le signal de fluctuation de pression enregistré et son écart quadratique moyen qui sont plus grands pour les cas avec coefficient de restitution variable.

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