Use of ultrasound for phase holdup measurements in multiphase systems

Authors

  • Arturo Macchi,

    1. Department of Chemical and Biological Engineering, University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
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  • John R. Grace,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Biological Engineering, University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
    • Department of Chemical and Biological Engineering, University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
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  • Hsiaotao Bi

    1. Department of Chemical and Biological Engineering, University of British Columbia, Vancouver, BC V6T 1Z4, Canada
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Abstract

This study evaluates ultrasound as a non-invasive technique for determining the cross-sectional holdups of multiphase systems. Experiments are performed in a column of 292 mm inner diameter with air, water and uniform glass beads of 1.3 mm diameter as the particles. In a bubble column, the signal intensity decayed exponentially with increasing gas holdup. In a liquid–solid fluidized bed, the wave time-of-flight decreased linearly when the solids holdup increased from 25% to 60% (fixed bed), while the signal intensity increased. Signal attenuation limits the use of this method for three-phase fluidized beds. When large particles (mm range) are used, it is difficult to operate at a wavelength that permits transmission through both dispersed phases. For three-phase systems, slurry bubble columns with low dispersed phases holdups and smaller particles present a less attenuative media and are better suited to this technique.

Abstract

Ce travail évalue l'emploi d'ultrasons comme technique de mesure des rétentions de phases dans les réacteurs polyphasique. Les expériences sont réalisés dans une colonne de diamétre interne de 292 mm avec de l'air, de l'eau et des billes de verre de 1.3 mm de diamètre. Dans une colonne à bulles, le signal est atténué de façon exponentielle avec la rétention de gaz. Dans un lit fluidisé liquide–solide, le temps de transmission et l'atténuation du signal diminuent lorsque la concentration de particules augmente de 25% à 60% (lit fixe). L'atténuation dramatique du signal empěche l'emploi de cette technique dans les lits fluidisés triphasiques. Lorsqu'un système contient des particules de l'ordre du millimètre, il est difficile d'opérer à une longeur d'onde permettant le passage du signal à travers le gaz et les particules. Dans les systemes triphasique, cette méthode est plus appropriée pour les (slurry bubble columns) où la concentration et taille des particules sont plus petites.

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