Predictions on bubble and solids movement in laboratory polyethylene fluid beds as visualized by X-ray computer assisted tomography (CAT) scanning

Authors

  • Taghi Zarabi,

    1. Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Calgary, Calgary, AB T2N 1N4, Canada
    Search for more papers by this author
  • Apostolos Kantzas

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Petroleum Engineering, University of Calgary, Calgary, AB T2N 1N4, Canada
    2. Tomographic Imaging and Porous Media Laboratory Calgary, AB T2N 1N4, Canada
    • Tomographic Imaging and Porous Media Laboratory Calgary, AB T2N 1N4, Canada
    Search for more papers by this author

Abstract

Solid and gas distributions are tomographically quantified as a function of position with high resolution in a series of laboratory fluid beds containing air and polyethylene particles. The resolution used is 0.4 mm by 0.4 mm by 3 mm. The laboratory models are Plexiglas columns of 10 cm in diameter and the settling bed L/D ratios vary between one and three. Large particles (up to 1.5 mm in diameter) of high density polyethylene and linear low density polyethylene are used. The superficial gas velocities vary from the minimum fluidization velocity to 50 cm/s. In this paper, the analysis of fluid bed CAT scanner images is extended to show bubble, emulsion and dense phase distribution. The analysis is also used to determine the bubble diameter and to predict the flow direction of solid particles as well as the velocity of descending solids. The voidage frequency distributions of a bed at different gas flow rates are compared to each other and the voidage threshold values corresponding to gas, emulsion and dense phases are determined. These threshold values are used to prepare ternary images that clearly show the parts of the bed cross-section corresponding to bubble, emulsion and dense phases.

Abstract

Les distributions de solides et de gaz sont quantifiées tomographiquement en fonction de la position ave la haute résolution dans une série de lits fluidisés de laboratoire contentant de l'air et des particules de polyéthylène. La résolution utilisée est de 0,4 mm par 0,4 mm par 3 mm. Les modèles de laboratoire sont des colonnes de plexiglass de 10 cm de diamètre et les rapports LID de lit de décantation varient entre un et trois. Des particules larges (jusqu'à 1,5 mm de diamètre) de polyéthylène de haute densité et de polyéthylène linéaire de faible densité sont utilisées. Les vitesses de gaz superficielles varient de la vitesse de fluidisation minimum jusqu'à 50 cm/s. Dans cet article, on étend l'analyse des images au scanner CAT des lits fluidisés pour montrer la distribution des phases bulleuse, émulsive et dense. Cette analyse permet également de déterminer le diamètre des bulles et de prédire la direction de l'écoulement des particules solides ainsi que la vitesse des solides qui descendent. Les distributions de fréquence de vide d'un lit à différents débits de gaz sont comparées les unes aux autres et les valeurs de seuil de vide correspondant aux phases gaseuse, émulsive et dense sont déterminées. Ces valeurs de seuil servent à préparer des images ternaires qui montrent clairement les parties de la section transversale du lit correspondant aux phases bulleuse, émulsive et dense.

Ancillary