Hydrodynamic characteristics of gas–solid fluidization at high temperature

Authors

  • Shabnam Sanaei,

    1. Process Design and Simulation Research Center, Department of Chemical Engineering, University of Tehran, P.O. Box 11155/4563, Tehran, Iran
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  • Navid Mostoufi,

    Corresponding author
    1. Process Design and Simulation Research Center, Department of Chemical Engineering, University of Tehran, P.O. Box 11155/4563, Tehran, Iran
    • Process Design and Simulation Research Center, Department of Chemical Engineering, University of Tehran, P.O. Box 11155/4563, Tehran, Iran.
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  • Ramin Radmanesh,

    1. E. I. du Pont Canada Company, Research and Business Development, Kingston, Ontario, Canada K7L 5A5
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  • Rahmat Sotudeh-Gharebagh,

    1. Process Design and Simulation Research Center, Department of Chemical Engineering, University of Tehran, P.O. Box 11155/4563, Tehran, Iran
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  • Christophe Guy,

    1. Department of Chemical Engineering, École Polytechnique de Montréal, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montreal, Québec, Canada H3C 3A7
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  • Jamal Chaouki

    1. Department of Chemical Engineering, École Polytechnique de Montréal, P.O. Box 6079, Station Centre-Ville, Montreal, Québec, Canada H3C 3A7
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Abstract

Effect of temperature on the hydrodynamics of bubbling gas–solid fluidized beds was investigated in this work. Experiments were carried out at different temperatures ranged of 25–600°C and different superficial gas velocities in the range of 0.17–0.78 m/s with sand particles. The time-position trajectory of particles was obtained by the radioactive particle tracking technique at elevated temperature. These data were used for determination of some hydrodynamic parameters (mean velocity of upward and downward-moving particles, jump frequency, cycle frequency, and axial/radial diffusivities) which are representative to solids mixing through the bed. It was shown that solids mixing and diffusivity of particles increases by increasing temperature up to around 300°C. However, these parameters decrease by further increasing the temperature to higher than 300°C. This could be attributed to the properties of bubble and emulsion phases. Results of this study indicated that the bubbles grow up to a maximum diameter by increasing the temperature up to 300°C, after which the bubbles become smaller. The results showed that due to the wall effect, there is no significant change in the mean velocity of downward-moving clusters. In order to explain these trends, surface tension of emulsion between the rising bubble and the emulsion phase was introduced and evaluated in the bubbling fluidized bed. The results showed that surface tension between bubble and emulsion is increased by increasing temperature up to 300°C, however, after that it acts in oppositely.

Abstract

L'effet de la température sur l'hydrodynamique de lits fluidisés de gaz-solide bouillonnants a fait l'objet de l'étude de cet ouvrage. Des expériences ont été faites à différentes températures se situant entre 25 et 600°C et différentes vélocités de gaz superficiels sur une plage de 0,17 à 0,78 m/s avec particules de sable. La trajectoire temps-position des particules a été obtenue à l'aide d'une technique de repérage par particules radioactives à haute température. Ces données ont été utilisées pour déterminer certains des paramètres hydrodynamiques (vélocité moyenne des particules ascendantes et descendantes, la fréquence de sauts bonds, la fréquence de cycles et les diffusivités axiales et radiales), lesquels sont représentatifs de solides se mélangeant dans le lit. Il a été démontré que le mélange de solides et la diffusivité des particules augmentent en haussant la température à environ 300°C. Cependant, ces paramètres diminuent en accroissant davantage la température au-delà de 300°C. Cela pourrait être attribué aux propriétés des phases de bouillonnement et d'émulsion. Les résultats de cette étude indiquent que les bulles croissent pour atteindre un diamètre maximum en augmentant la température jusqu'à 300°C. Au-delà de cette température, les bulles deviennent plus petites. Les résultats démontrent qu'en raison de l'effet de paroi, il n'y a pas de changement significatif à la vélocité moyenne des grappes descendantes. Afin d'expliquer ces tendances, la tension de surface de l'émulsion entre la bulle ascendante et la phase émulsion a été introduite et évaluée dans le lit fluidisé bouillonnant. Les résultats ont démontré que la tension de surface entre la bulle et l'émulsion augmente en haussant à température jusqu'à 300°C; cependant, après cette température, elle agit inversement.

Ancillary