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Clustering behaviour in gas–liquid–solid circulating fluidized beds with low solid holdups of resin particles

Authors

  • Jianhua Liu,

    1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Weijin Road No. 92, Nankai District, Tianjin 300072 China
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  • Mingyan Liu,

    Corresponding author
    1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Weijin Road No. 92, Nankai District, Tianjin 300072 China
    • School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Weijin Road No. 92, Nankai District, Tianjin 300072 China.
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  • Hu Zongding

    1. School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Weijin Road No. 92, Nankai District, Tianjin 300072 China
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Abstract

The flow in a gas–liquid–solid circulating fluidized bed is self-organised and manifests itself with clustering of particles and bubbles. The clustering behaviour in the fluidized bed at low solid holdups of resin particles was experimentally investigated with a high-speed image measurement and treatment technique of complementary metal oxide semiconductor to enhance the fundamental understanding on such a flow. Several new physical quantities were suggested to characterise such ordered flow structures. The main findings are as follows. The clusters of solid particles largely exist as doublets and triplets, the mixed groups of particles and bubbles mostly exist as one bubble carrying two to four particles. Increasing superficial liquid velocity, particle diameter or density weakens the aggregation degrees of both particle and mixed clusters in the riser and downer, except that the increase of superficial liquid velocity enhances the mixed clustering behaviour in the riser. The climbing of the auxiliary liquid velocity or liquid phase viscosity intensifies the aggregation behaviour, except that the increase of liquid phase viscosity reduces the mixed clustering degree in the riser. The influences of superficial gas velocity and surface tension of liquid phase on the clustering behaviour seem to be a little complex and the trends are not simply increasing or decreasing. The life cycle of solid particle clusters in the GLS riser is not sensitive to the operation conditions, being around 0.07 s. The mixed clusters' life cycle is more sensitive to the conditions and physical properties of phases, changing from 0.02 to 0.07 s.

Abstract

L'écoulement dans un lit fluidisé de circulation gaz-liquide-solide s'organise souvent de lui même et se manifeste avec l'agrégation des particules et des bulles. Le comportement de l'agrégation dans le lit fluidisé à faible retenue de particules de résine solide a été étudié expérimentalement en utilisant une technique d'imagerie ultra-rapide de mesure et de traitement à base de semi-conducteur complémentaire à l'oxyde de métal afin d'approfondir la compréhension fondamentale d'un tel écoulement. Plusieurs nouvelles quantités physiques ont été suggérées pour caractériser une telle structure d'écoulement auto-organisé. Les principaux résultats sont comme suit. Les agrégations de particules solides existent principalement en tant que doublets et triplets, les groupes mixtes de particules et de bulles existent pour la plupart sous la forme d'une bulle comportant deux à quatre particules. Une augmentation de la vitesse superficielle du liquide, du diamètre des particules ou de la densité affaiblit à la fois les degrés d'agrégation des particules et des agrégats mixtes dans la colonne montante et dans la colonne descendante, sauf que l'augmentation de la vitesse superficielle du liquide intensifie le comportement d'agrégation mixte dans la colonne montante. L'accroissement de la vitesse auxiliaire du liquide ou de la viscosité de la phase liquide intensifie le comportement d'agrégation, sauf que l'augmentation de la viscosité de la phase liquide réduit le degré d'agrégation mixte dans la colonne montante. Les influences de la vitesse superficielle du gaz et de la tension de surface de la phase liquide sur le comportement de l'agrégation semblent être quelque peu complexes et les tendances ne sont pas simplement croissantes ou décroissantes. Le cycle de vie des agrégats de particules solides dans la colonne gaz-liquide-solide montante n'est pas sensible aux facteurs, tournant autour de 0.07 s. Le cycle de vie des agrégats mixtes est plus sensible aux conditions de fonctionnement et aux caractéristiques physiques des phases, évoluant de 0.02 à 0.07 s.

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