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Keywords:

  • gas-liquid pressure drop;
  • orifice flow maps;
  • two-phase holdups;
  • axial dispersion

Abstract

Two phase flow in a horizontal pipe, with orifice plates placed at regular intervals as obstructions, was studied for the effect of phase velocities on flow patterns, fractional phase hold-ups, pressure drop and liquid phase axial dispersion. Radioactive technetium-99m (as an aqueous solution of sodium pertechnatate) was used as tracer. A pulse injection technique with two point measurements was employed. Three different orifice diameters were used (8 mm, 16 mm, and 20 mm) in a pipe diameter of 32 mm. The orifice spacing was 500 mm in all cases. Superficial gas (air) velocity was varied over a range from 0.02 m/s to 1.0 m/s and superficial liquid (water) velocity from 0.03 m/s to 0.85 m/s.

Different flow patterns under different flow conditions were identified and a generalised flow map is presented. Variations in hold-ups and pressure drop with flow patterns have been explained. Rational correlations have been developed for fractional phase hold-ups and pressure drop. A preliminary comparison of two phase gas-liquid flow in a horizontal pipe with orifice obstructions (to be called orifice pipe reactor), as a gas-liquid contacting device, is made with a conventional bubble column reactor. Recommendations have been made for future work.

On a étudié l'écoulement biphasique dans un tube horizontal muni de diaphragmes placés à intervalles réguliers et jouant le rôle d'obstructions, ainsi que l'effet des vitesses des phases sur les profils d'écoulement, les retenues de phase fractionnée, la perte de charge et la dispersion axiale de phase liquide. Le traceur utilisé se compose de technetium-99m radioactif (dans une solution aqueuse de pertechnatate de sodium). On a fait appel à une technique d'injection à impulsion avec des mesures en deux points. Trois diamètres de diaphragme différents sont utilisés (8, 16 et 20 mm); le diamètre du tube est de 32 mm. L'intervalle des diaphragmes est de 500 mm. La vitesse superficielle du gaz (air) varie entre 0,02 et 1,0 m/s et la vitesse superficielle du liquide (eau) entre 0,03 et 0,85 m/s.

On a identifié différents profils d'écoulement sous des conditions variées et une carte généralisée de ces écoulements est présentée. On explique les variations dans les retenues et les pertes de charge avec les profils d'écoulement. On a par ailleurs développé des corrélations rationnelles pour les retenues et pertes de charge des phases fractionnelles. On établit une comparaison préliminaire de l'écoulement gaz-liquide biphasique dans un tube horizontal à obstructions (appelé réacteur à diaphragme) comme dispositif de contact gaz-liquide, à celui d'une colonne à bulles classique. Des recommandations sont données pour des travaux ultérieurs.