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Keywords:

  • bubble columns;
  • large bubbles;
  • small bubbles;
  • churn-turbulent flow regime;
  • concentrated slurry;
  • viscous liquid;
  • bubble rise velocity;
  • wall effect;
  • scale effect

Abstract

The hydrodynamics of bubble columns with concentrated slurries of paraffin oil (density, ρL = 790 kg/m3; viscosity, μL = 0.0029 Pa·s; surface tension, σ = 0.028 N·m1) containing silica particles (mean particle diameter dp = 38 μm) has been studied in columns of three different diameters, 0.1, 0.19 and 0.38 m. With increasing particle concentration, the total gas hold-up decreases significantly. This decrease is primarily caused by the destruction of the small bubble population. The hold-up of large bubbles is practically independent of the slurry concentration. The measured gas hold-up with the 36% v paraffin oil slurry shows remarkable agreement with the corresponding data obtained with Tellus oil (ρL = 862 kg/m3; μL = 0.075 Pa·s; σ = 0.028 N·m−1) as the liquid phase. Dynamic gas disengagement experiments confirm that the gas dispersion in Tellus oil also consists predominantly of large bubbles. The large bubble hold-up is found to decrease significantly with increasing column diameter. A model is developed for estimation of the large bubble gas hold-up by introduction of an wake-acceleration factor into the Davies-Taylor-Collins relation (Collins, 1967), describing the influence of the column diameter on the rise velocity of an isolated spherical cap bubble.

On a étudié dans des colonnes de trois diamètres différents, soient 0,1, 0,19 et 0,38 m, l'hydrodynamique de colonnes à bulles avec des suspensions concentrées d'huile de paraffine (masse volumique, ρL = 790 kg/m3; viscosité, μL = 0,0029 Pa·s; tension de surface, σ = 0,028 N·m−1) contenant des particules de silice (diamètre moyen des particules dp = 38 μm). Lorsque la concentration de particules augmente, la rétention de gaz totale diminue considérablement. Cette diminution est principalement due à la destruction de la population de petites bulles. La rétention de grosses bulles est pratiquement indépendante de la concentration des suspensions. La rétention de gaz mesurée avec la suspension d'huile paraffine à 36% volumique concorde remarquablement bien avec les données correspondantes obtenues avec de l'huile de Tellus (ρL = 86 kg/m−3; μL = 0,075 Pa·s; σ = 0,028 N·m−1) comme phase liquide. Des expériences de dégagement de gaz dynamiques confirment que la dispersion dans l'huile de Tellus se compose essentiellement de grosses bulles. On a trouvé que la rétention de grosses bulles diminuait de manière significative avec l'augmentation du diamètre de la colonne. On a mis au point un modèle pour l'estimation de la rétention de grosses bulles de gaz par l'introduction d'un facteur d'accélération dans le sillage dans la relation de Davies-Taylor-Collins (Collins, 1967), décrivant l'influence du diamètre de colonne sur la vitesse de montée d'une bulle à těte sphérique isolée.