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Keywords:

  • heat transfer;
  • fluidization;
  • petroleum coking;
  • solids mixing

Abstract

The process of heat transfer between particles in a fluidized bed is important for many industrial fluidized bed processes. The problem associated with studying this phenomenon is the confounding effect of particle mixing on heat transfer. The work described here was undertaken to describe the process in which heat is added to a fluid bed process by adding a hot charge of particles to a colder fluidized bed. The rate of heat transfer in this instance can have a significant impact on performance of the fluid bed process, depending upon its application. Both the method of analysis and the results of the work are applicable to other fluidized bed processes, particularly those associated with the thermal upgrading of heavy oil.

The method of data analysis, based on binomial statistics, allowed useful data to be extracted from a complex system without the need for a large number of experiments. The analysis also allowed for some assessment of the relative importance of mixing and heat transfer, which has not been possible with other approaches. The results of the experiments were further explored using a bubbling bed model that incorporated both heat transfer and solids mixing. This allowed for the formation of a conceptual model, validated by the experimentation, that explains the relative functions of the two transfer processes in the dispersion of heat from a hot charge of particles to the bulk of a fluidized bed.

Le procédé de transfert de chaleur entre les particules dans un lit fluidisé joue un rôle important dans de nombreux procédés industriels en lit fluidisé. Le problème associé à l'étude de ce phénomène est l'effet de confusion du mélange des particules sur le transfert de chaleur. Le travail décrit ici a été entrepris pour décrire le procédé dans lequel un lit fluidisé est chauffé en ajoutant une charge chaude de particules à lit fluidisé plus froid. Le taux de transfert de chaleur dans cet exemple peut avoir un impact significatif sur la performance du procédé en lit fluidisé, selon son application. Autant la méthode d'analyse que les résultats du travail sont applicables à d'autres procédés de lits fluidisés, en particulier ceux associés à la valorisation thermique de l'huile lourde.

La méthode d'analyse des données, basée sur des statistiques binomiales, permet d'extraire des résultats utiles d'un système complexe sans avoir besoin de beaucoup d'expériences. L'analyse permet également de jauger l'importance relative du mélange et du transfert de chaleur, ce qui n'a pas été possible avec d'autres approches. Les résultats des expériences ont été analysés de manière plus approfondie au moyen d'un modèle à lit bouillonnant qui incorpore à la fois le transfert de chaleur et le mélange de solides. Ceci permet l'établissement d'un modèle conceptuel validé, qui explique les fonctions relatives des deux procédés de transfert dans la dispersion de la chaleur à partir d'une charge chaude de particules dans le coeur d'un lit fluidisé.