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Fluidized bed catalytic reactor modeling across the flow regimes

Authors


Abstract

Fluidized bed reactor models are generally specific to a single flow regime resulting in ambiguities and discontinuities at the regime boundaries. In practice, only the bubbling, turbulent and fast fluidization regimes are of industrial significance for catalytic reactions. The turbulent fluidization regime is especially advantageous because of improved interphase mass transfer, resulting in improved selectivities and conversions. It is shown that some of the difficulties in modeling can be resolved by means of the probabilistic-averaging model, recently published by Thompson et al. (1999). This model interpolates between the Grace (1984) two-phase bubbling bed model at low velocities and single phase axially dispersed flow for fully established turbulent fluidization conditions, leading to improved predictions of conversion and selectivity for catalytic fluidized bed reactors operated at flow rates covering the full range between bubbling and fully turbulent fluidization. An analogous approach should be useful for beds operated at higher gas velocities as fast fluidization conditions are approached.

Abstract

Les modèvles de réacteur à lit fluidisé sont généralement spécifiques à un régime d'écoulement, résultant en ambiguîtés et en discontinuités aux limites des régimes. En pratique, seules les régimes bouillonnants, turbulents et fluidisation rapide ont une importance industrielle pour les réactions catalytiques. Le régime de fluidisation turbulent est particulièrement avantageux en raison du transfert de matière interphasique amélioré, d— à de meilleures sélectivités et conversions. On montre que certaines des difficultés de modélisation peuvent être résolues au moyen du modèle de moyennes proba-biliste, récemment publié par Thompson et al. (1999). Ce modèle fait l'interpolation entre le modèle à lit bouillonnant biphasique de Grace (1984) à de faibles vitesses et l'écoulement dispersé axialement à phase unique pour des conditions de fluidisation turbulentes pleinement établies, ce qui permet de meilleures prédictions de conversion et de sélectivité pour des réacteurs à lits fluidisés catalytiques fonctionnant à des débits couvrant la gamme complète entre la fluidisation bouillonnante et la fluidisation pleinement turbulente. Une approche analogue devrait être utile pour des lits fonctionnant à des vitesses de gaz élevées lorsqu'on s'approche des conditions de fluidisation rapide.

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