Advertisement

Surface-to-suspension heat transfer model in lean gas–solid freeboard flow

Authors

  • Ihab H. Farag,

    Corresponding author
    1. Chemical Engineering Department, University of New Hampshire, 255 Kingsbury Hall, Durham, NH 03824-3591
    • Chemical Engineering Department, University of New Hampshire, 255 Kingsbury Hall, Durham, NH 03824-3591
    Search for more papers by this author
  • Kun-Yung Tsai

    1. Refining & Manufacturing Research Center, Chinese Petroleum Corporation, Chia-Yi, Taiwan, Republic of China
    Search for more papers by this author

Abstract

Heat transfer in dense fluidized beds have been extensively studied. However, there is not much detailed information about the mechanism of surface-to-suspension heat transfer in the freeboard region. In the present work, a newly designed heating plate was used to measure the plate-surface-to-particle-suspension heat transfer coefficients in the freeboard.The experimental unit consisted of a 30 cm i.d. fluidized bed reactor packed with fluidized catalytic particles of mean particle size 90 μm. Three types of plate orientations were used to test directional effects of surface on heat transfer rate. Height of the freeboard was 171 cm, and the superficial gas velocity was varied from 0.28 to 0.64 m/s. Local solids concentrations in the freeboard were also obtained by a nozzle-type sampling probe. Data on axial distribution of solids concentration were used to find out the solids kinematics in the freeboard region. Finally, a surface-to-suspension heat transfer model was developed to elucidate the surface to particle heat transfer mechanism in this lean phase system.The model is based on the transient gas-convective heating of single particles when sliding over the heating plate and the assumption of instantaneous attachment–detachment equilibrium between particles and the plate surface.

Abstract

On a mené une étude approfondie sur le transfert de chaleur en lits fluidisés denses. Peu de données sont toutefois disponibles concernant le mécanisme du transfert de chaleur de la surface vers la suspension dans la zone libre. Dans le présent travail, un plateau de chauffage de conception nouvelle est utilisé pour mesurer les coefficients de transfer de chaleur de la surface des plateaux vers la suspension des particules dans la zone libre. Le dispositif expérimental comprend un réacteur à lit fluidisé de 30 cm de diamètre intérieur garni de particules catalytiques fluidisées ďune taille moyenne de 90 μm. Trois types ďorientation des plateaux ont été utilisés pour tester les effets directionnels de la surface sur le taux de transfert de chaleur. La hauteur de la zone libre est de 171 cm et on a fait varier la vitesse de gaz superficielle de 0,28 à 0,64 m/s. Les concentrations locales des solides dans la zone libre ont également été obtenues au moyen ďune sonde ďéchantillonnage à tuyére. On a utilisé la distribution axiale de la concentration des solides afin de trouver la cinématique des solides dans la zone libre. Enfin, un modèle de transfert de chaleur de la surface vers la suspension a été mis au point pour expliquer le mécanisme de transfert de chaleur de la surface vers les particules dans ce système à phases pauvres. Ce modèle 'appuie sur deux éléments: le chauffage convectif transitoire de particules uniques lorsque celles-ci glissent au-dessus du plateau de chauffage et ľhypothèse ďun équilibre instantané de type attachement–détachement entre les particules et la surface des plateaux.

Ancillary