Semi-theoretical prediction of volumetric mass transfer coefficients in bubble columns with organic liquids at ambient and elevated temperatures

Authors


  • Orally presented at the 9th Gas–Liquid–Solid Reactor Engineering Conference, August 23–29, 2009, Montreal, Canada.

Abstract

A semi-theoretical approach for predicting kLa values (referred to liquid volume) in 18 organic liquids [acetone, aniline, 1-butanol, benzene, cyclohexane, decalin, 1,2-dichloroethane, 1,4-dioxane, ethanol (96%), ethylacetate, ethylbenzene, ligroin, methanol, nitrobenzene, 2-propanol, tetralin, toluene, and xylene] at various operating conditions (including elevated temperatures and pressures) was developed. It was found that the approach is applicable regardless of the hydrodynamic regime (at uG ≤ 0.1 m/s). Temperatures up to 353 K and pressures up to 0.5 MPa were tested. Two different distributors (multiple-hole and single-hole type) were employed. The liquid-phase mass transfer coefficient kL was calculated theoretically from the penetration theory on the basis of original definition of gas–liquid contact time. The interfacial area a was defined with respect to the liquid volume. It was found that their product kLa must be multiplied by some correction factor in order to take account of the non-spherical (ellipsoidal) shape of the bubbles. When the correction term is correlated to both the Eötvös number (Eo) and the dimensionless temperature ratio, 198 experimental kLa values can be fitted reasonably well (average relative error 9.3%).

Abstract

On a créé une approche semi-théorique pour prédire les valeurs kLa (faisant référence au volume du liquide) dans 18 liquides organiques (acétone, aniline, butan-1-ol, benzène, cyclohexane, décahydronaphtalène, 1,2-dichloroéthane, 1,4-dioxane, éthanol (96 %), acétate d'éthyle, éthylbenzène, ligroïne, méthanol, nitrobenzène, propan-2-ol, tétraline, toluène et xylène) à diverses conditions d'utilisation (y compris des températures et pressions élevées). On a découvert que l'approche s'applique sans égard au régime hydrodynamique (à uG ≤ 0,1 m/s). Des températures atteignant 353 K et des pressions jusqu'à 0,5 MPa ont été mises à l'essai. Deux distributeurs différents (type à trous multiples et trou unique) ont été utilisés. Le cœfficient de transfert de masse de la phase liquide kL a été calculé théoriquement à partir de la théorie de pénétration sur la base de la définition originale du temps de contact gaz-liquide. La zone interfaciale a été définie relativement au volume de liquide. On a découvert que le kLa de leur produit doit être multiplié par un certain facteur de correction dans le but de prendre en compte la forme non-sphérique (ellipsoïdale) des bulles. Lorsque le terme de correction est en corrélation avec à la fois le nombre d'Eötvös (Eo) et le rapport de température adimensionnel, on peut faire correspondre 198 valeurs kLa expérimentales raisonnablement bien (erreur relative moyenne de 9,3 %).

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