Particle movement and mixing in three-phase gas-liquid-solid fluidized bed

Thumbnail Image

Files

master_Heino_Henrik_2015.pdf (1.8 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2015-12-15

Department

Major/Subject

Prosessit ja tuotteet

Mcode

KE3003

Degree programme

KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma

Language

en

Pages

83

Series

Abstract

The objective of this thesis is to study the movement and the mixing of the particles in the liquid-solid and the gas-liquid-solid fluidization as well as to provide validation data of the fluidized bed behavior. The results are used for validation in CFD (computational fluid dynamics) models at a concurrent PhD thesis. The experiments were made in a rectangular 10 cm by 10 cm column. The used liquid and gas phases in the experiments were tap water and compressed air, respectively. The solid particles in the fluidized bed were 2.3 mm diameter glass beads. The experiments were carried out varying the flow rates of the gas and liquid entering the column. The bed height, the pressure difference in the bed, the superficial flow velocities of the gas and the liquid, and the particle movement patterns were observed and measured during the experiments. The particle movement and the bubble flow regimes were analyzed from video recording. In the experiments the minimum fluidization points at the different superficial gas velocities were measured. In addition, the solid and the gas-hold-up as well as the bed expansion were calculated from the measurements for different superficial gas and liquid flow velocities. It was found out that superficial liquid velocity at minimum fluidization point is higher with zero or diminutive gas flow than when the gas flow is larger. In addition, when superficial gas flow is larger the superficial liquid velocity at minimum fluidization point is independent on gas flow rate. It was found that the bed expansion is rather independent on superficial gas flow velocities when superficial liquid flow is smaller. However when superficial liquid flow is larger the increase in superficial gas flow decreases the bed expansion. With this column and particle settings the bubble coalescence was vigorous. With all superficial gas and liquid used in the experiments the bubble flow regime was either in coalesced bubble flow or slug flow regime.

Tämän diplomityön tavoitteena on tutkia kiinteiden partikkelien liikettä ja sekoittumista neste-kiinteä - ja kaasu-neste-kiinteä - fluidisaatiossa, sekä tuottaa validointidataa fluidisaation käyttäytymisestä. Tuloksia hyödynnetään CFD (Computational fluid dynamics, laskennallinen virtaussimulointi) malleissa samanaikaisessa väitöskirjassa. Tämän työn kokeet suoritettiin neliskulmaisessa 10 cm kertaa 10 cm kolonnissa. Kokeissa käytetty kaasufaasi oli hanavesi ja kaasufaasi paineilma. Pedin kiinteät partikkelit olivat lasikuulia 2,3 mm halkaisijalla. Kokeet tehtiin vaihtelemalla kolonniin tulevan kaasun ja nesteen virtausnopeuksia. Kokeiden aikana tarkkailtiin ja mitattiin pedin korkeutta, paine-eroa pedissä, nesteen ja kaasun tyhjäputkinopeutta sekä partikkelien liikettä pedissä. Partikkelien liikettä ja kuplien virtausregiimejä analysoitiin videotallenteista. Kokeiden mittaustuloksista määritettiin kaasuvirtauksen vaikutus minimifluidisaatiopisteeseen. Myös kiinteän ja kaasun tilavuusosuus sekä pedin laajeneminen laskettiin eri kaasun ja nesteen virtaamilla. Kokeissa havaittiin, että kaasun tyhjäputkinopeuden vaikutus minimifluidisaatiopisteeseen on suhteellisen pieni suurimmilla kokeissa käytetyillä kaasun virtaamilla, mutta kaasun nopeuden lähentyessä nollaa on nesteen tyhjäputkinopeus minimifluidisaatiopisteessä huomattavasti korkeampi. Pedin laajenemista mittaavissa kokeissa havaittiin, että kokeissa käytetyillä pienemmillä nesteen virtaamilla kaasun virtaaman vaikutus pedin laajenemiseen on hyvin pieni, kun taas suuremmilla nesteen virtaamilla suurempi kaasun tyhjäputkivirtaus pienentää pedin laajenemista. Kokeissa käytetyllä kolonnilla ja partikkeleilla kuplien yhdistyminen oli hyvin voimakasta. Havaittiin, että kaikilla käytetyillä kaasun ja nesteen virtausnopeuksilla kuplien virtausregiimi oli joko yhdistyväkuplavirtaus- tai tulppavirtausregiimi.

Description

Supervisor

Alopaeus, Ville

Thesis advisor

Sorvari, Olli

Keywords

three phase fluidization, gas-liquid-solid fluidization, liquid-solid fluidization, particle movement, bubble flow regimes, fluidized bed expansion

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201512165630

Collections

[dipl] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM