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Intensified operation of slurry bubble columns using structured gas injection

Authors


Abstract

We investigate uniform gas injection using a needle sparger as a structuring methodology to reduce backmixing in slurry bubble columns. Using optical probes, we determined the gas fraction and the bubble behaviour in 2D and 3D slurry bubble columns with a uniform gas injection. Experimental results for air–water–glass beads (ds = 108 µm, Usg = 0–0.10 m/s) indicate that a strong reduction in the vortical structures has been achieved and the homogeneous flow regime can be extended beyond 30% gas fraction. Increasing the solids concentration decreases the gas fraction and widens the bubble velocity distribution. Furthermore, we show by modelling that the reduced backmixing leads to a major improvement of the conversion in case of Fischer–Tropsch synthesis.

Abstract

L'injection uniforme de gaz est étudiée utilisant une aiguille d'aération en tant que méthodologie structurante pour réduire le mélange de retour dans les colonnes à bulles en suspension. Utilisant les sondes optiques, nous avons déterminé la fraction de gaz et le comportement des bulles dans des colonnes à bulles 2D et 3D avec une injection uniforme de gaz. Les résultats expérimentaux pour des billes air-eau-verre (ds = 108 µm, Usg = 0–0.10 m/s) indiquent qu'une réduction importante des structures turbulentes a été réalisée et le régime d'écoulement homogène peut être étendu au delà de la fraction de gaz de 30%. L'augmentation de la concentration des solides diminue la fraction de gaz et élargit la distribution de vitesse des bulles. En outre, nous démontrons par la modélisation que la réduction du mélange au retour entraîne une amélioration significative de la conversion dans le cas de synthèse Fischer-Tropsch.

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