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Using CFD to Describe the Hydrodynamics of Internal Air-lift Reactors

Authors

  • Jasper M. Van Baten,

    1. Department of Chemical Engineering, University of Amsterdam, Nieuwe Achtergracht 166, 1018 WV Amsterdam, The Netherlands
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  • Jürg Ellenberger,

    1. Department of Chemical Engineering, University of Amsterdam, Nieuwe Achtergracht 166, 1018 WV Amsterdam, The Netherlands
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  • Rajamani Krishna

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, University of Amsterdam, Nieuwe Achtergracht 166, 1018 WV Amsterdam, The Netherlands
    • Department of Chemical Engineering, University of Amsterdam, Nieuwe Achtergracht 166, 1018 WV Amsterdam, The Netherlands
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Abstract

The hydrodynamics of three configurations of internal airlift reactors, two with riser diameters of 0.1 m and one with a riser diameter of 0.24 m, operating with air—water system, have been experimentally investigated for a range of superficial gas velocities. The experimental results are compared with a model using computational fluid dynamics (CFD) with Eulerian descriptions of the gas and liquid phases. Interactions between the bubbles and the liquid are taken into account by means of a momentum exchange, or drag coefficient based on a literature correlation. The turbulence in the liquid phase is described using the k-ϵ model. The CFD model shows good agreement with the measured data on gas holdup, liquid velocity in the downcomer and in the riser for all three configurations. The developed CFD model has the potential of being applied as a tool for scaling up.

Abstract

L'hydrodynamique de trois configurations de réacteurs airlift interne, dont le diamètre de colonne montante est de 0,1 m pour deux d'entre eux et de 0,24 m pour le troisième, fonctionnant avec un système air-eau, a été étudiée de manière expérimentale pour une gamme de vitesse de gaz superficielle. Les résultats expérimentaux sont comparés à ceux d'un modèle utilisant la mécanique des fluides numérique (CFD) avec des descriptions eulériennes des phases de gaz et de liquide. Les interactions entre les bulles et le liquide sont prises en compte au moyen de l'échange de quantité de mouvement ou du coefficient de traînée basé sur une corrélation de la littérature scientifique. On décrit la turbulence dans la phase liquide à l'aide du modèle k-ϵ. Le modèle de CFD montre un bon accord avec les données mesurées sur la rétention de gaz, la vitesse de liquide dans le déversoir et dans la colonne montante pour les trois configurations. Le modèle de CFD mis au point pourra être appliqué en tant qu'outil pour des mises à l'échelle.

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