Experimental test of a model for laminar slurry flow with sedimentation

Authors

  • Patrick F. Clarke,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering & Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, ON M5S 1A4, Canada
    • Department of Chemical and Petroleum Engineering, The University of Calgary, Calgary, AB T2N 1N4, Canada
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  • Michael E. Charles

    1. Department of Chemical Engineering & Applied Chemistry, University of Toronto, Toronto, ON M5S 1A4, Canada
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Abstract

The ability of a flow-sedimentation model to simulate the flow of a slowly-settling suspension being transported in the laminar regime through a pipeline with a constant overall pressure drop imposed on it was assessed using experimental scaled-down pipeline data. Comparison of predicted volumetric flow rate versus time profiles to those observed suggested that the blockage process took place in two steps. Initially, a sediment grew on the lower pipe wall and the flow gradually lessened, as was modelled. As the flow slowed down, ultimately a plug, which enclosed the full cross-section of the pipe, formed and lead to the rapid blockage of the pipe. It was envisioned that the granular properties of the concentrated suspension became dominant during the final blockage process. A deposit velocity criterion was also developed from the flow-sedimentation model and was used to generate a deposit velocity versus pipe diameter plot. Results from the plot indicate that the laminar pipeline flow of a slowly-settling suspension is possible in small diameter pipes.

Abstract

À l'aide données expérimentales de pipeline dont on a réduit l'échelle, on a évalué la capacité d'un modèle d'écoulement-sédimentation afin de simuler l'écoulement d'une suspension se déposant lentement et transportée en régime laminaire dans un pipeline, pour une perte de charge globale constante. Une comparaison de la prédiction des profils de débit volumétrique en fonction du temps avec les profils observés suggère que le processus de blocage se manifeste en deux étapes. Initialement, un sédiment croǐt sur la paroi inférieure de la conduite et l'écoulement diminue progressivement, comme l'indique la modélisation. Alors que l'écoulement ralentit, un bouchon, qui occupe toute la section transversale de la conduite, finit par se former et mène rapidement au blocage de la conduite. On a pensé que les propriétés granulaires de la suspension concentrée deviendraient dominantes durant le processus de blocage final. À partir du modèle d'écoulement-sédimentation, on a établi un critère de vitesse de dépǒt qui a permis de produire un diagramme de la vitesse de déposition par rapport au diamètre de la conduite. Les résultats de ce diagramme indiquent que l'écoulement de pipeline laminaire d'une suspension se déposant lentement est possible dans des conduites de petit diamètre.

Ancillary