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Gas mixing in a turbulent fluidized bed reactor

Authors

  • Rahmat Sotudeh-Gharebaagh,

    1. Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, PO Box 6079, Stn. “CentreVille”, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
    Current affiliation:
    1. Food Science and Engineering Department, University of Tehran, Karaj, Iran
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  • Jamal Chaouki

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, PO Box 6079, Stn. “CentreVille”, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
    • Department of Chemical Engineering, École Polytechnique, PO Box 6079, Stn. “CentreVille”, Montréal, QC H3C 3A7, Canada
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Abstract

A series of experiments has been conducted to study mixing and hydrodynamic behaviour of a downward facing sparger in a turbulent fluidized bed reactor. Using pressure measurement techniques, two flow discharge modes were identified around the sparger by injecting a gas tracer into the bed. These are bubbling and jetting conditions. Experimental results show that, under bubbling conditions, bubbles tend to keep their identity, while under jetting conditions a highly turbulent heterogeneous area is formed around the injection point. Due to attrition and erosion of internal heating or cooling surfaces in industrial reactors, the dominant discharge mode is the bubbling pattern. Therefore, in this investigation, the bubbling pattern is studied by measuring the radial and axial dispersion of gas tracer injected to a hot fluidized bed reactor of 20 cm diameter of FCC and sand particles. A three-phase model is also proposed in order to predict the mixing length. In addition, the effect of sparger configuration on tracer gas mixing was examined for FCC particles.

Abstract

Plusieurs séries d'expériences ont été menées pour étudier le mélange et le comportement hydro-dynamique d'injecteurs de gaz dirigés vers le bas dans un lit fluidisé turbulent. En utilisant les fluctuations de pression, deux modes d'écoulement de gaz ont été identifiés autour des injecteurs en les alimentant d'un gaz traceur: le mode “bulle” et le mode “jet”. En alimentant les injecteurs d'un gaz traceur, il a été démontré que dans le cas du mode “bulle”, les bulles tendent à garder leur propre identité. Alors qu'en mode “jet”, une zone turbulente hétérogène est formée autour des injecteurs. A cause de l'attrition et de l'érosion des échangeurs de chaleur internes dans les lits industriels, le mode bulle est prédominant. Ainsi, dans la suite du papier, seul le mode “bulle” a été étudié en injectant un traceur gazeux et en mesurant ses concentrations radiales et axiales dans un lit fluidisé turbulent. Ce lit a un diamètre de 20 cm et fonctionne à des températures variant de la température ambiante à 900°C en utilisant aussi bien des particules de sable que du FCC. Un modèle à trois phases a été proposé dans le but de prédire les longueurs de mélange. De plus, les plusieurs configurations d'injecteurs ont été examinées en utilisant des particules FCC.

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