Multicompartment hydrodynamic model for slurry bubble columns (Englisch)

in Chemical Engineering Science ; 63 , 13 ; 3379-3399
Chemical Engineering Science
; 2008
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A core-annulus multicompartment two-dimensional two-bubble class model accounting for slurry recirculation and coupled with catalyst transport was developed as a part and parcel of the analysis of the behavior of slurry bubble column reactors at high gas throughputs corresponding to the churn turbulent flow regime. The model analyzed the contributions of bubble-induced turbulence closures, bubble coalescence and breakup phenomena, and catalyst axial distribution as the resultant of sedimentation, advection via liquid-solid slip, per-compartment axial dispersion and core-annulus lateral exchange of catalyst by bubble-induced turbulence. The model was also used to analyze the effects of catalyst loading, gas density and superficial velocity, and column diameter and vessel aspect ratio on the hydrodynamics of slurry bubble column reactors, namely, the per-compartment phase holdups and interstitial velocities, pressure gradient, bubble coalescence and break-up rates, and loci of velocity inversion for the gas and slurry profiles.

In dieser Arbeit wird ein umfassendes Dreiphasen-Modell zur hydrodynamischen Beschreibung eines Slurry-Blasensäulenreaktors vorgestellt. Der verwendete Ansatz betrachtet die Hydrodynamik des Slurry-Blasensäulenreaktors als eine Strömung mit einer Kern-Ring-Struktur und beruht auf der Vereinfachung der Zweifluid-Gleichungen für die Eulersche Beschreibung einer Mehrphasenströmung. Der Ansatz benutzt als Grundlage bekannte hydrodynamische Modelle unter Verwendung neuer inkrementeller physikalischer Beiträge, die bisher nicht beachtet wurden, wie z. B. Abschlussfunktionen für die blaseninduzierte Turbulenz, den getrennten und vollständigen Katalysatortransport und die Blasenkoaleszenz und -auflösung. Der Ansatz geht von einem zweidimensionalen Kern-Ring-Modell mit fünf Kompartimenten und zwei Blasen-Klassen aus und berücksichtigt die Rezirkulation der Aufschlämmung und des Gases sowie eine Kopplung mit der Bewegung des Katalysators, die durch Absetzen, Advektion durch Fest-flüssig-Wechselwirkung (Slip), axiale Dispersion und lateralen Kern-Ring-Austausch durch blaseninduzierte Turbulenz für jedes Kompartiment bestimmt wird. Dieses Modell beschreibt die axialen Konzentrationsprofile des Katalysators im Kern und im Ring, ebenso wie die Geschwindigkeiten der Blasenkoaleszenz und Blasenauflösung für die Modulation der beiden Blasen-Klassen als Funktion der Betriebsvariablen im Reaktor. Das Modell wurde auch zur Analyse der Einflüsse der Katalysatorbeladung, Gasdichte, Oberflächengeschwindigkeit, des Säulendurchmessers und des Aspektverhältnisses auf die Hydrodynamik des Slurry-Blasensäulenreaktors, insbesondere des Phasen-Holdups und interstitiellen Geschwindigkeiten, der Druckgradienten, Geschwindigkeiten der Blasenkoaleszenz und -auflösung und der Bereiche der Geschwindigkeitsumkehr der Gas- und Aufschlämmungsprofile für jedes Kompartiment verwendet. Es kann als eine Grundlage für die verfahrenstechnische Umsetzung der chemischen Reaktionen der Fischer-Tropsch-Synthese in einem Slurry-Blasensäulenreaktor dienen.

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Inhaltsverzeichnis – Band 63, Ausgabe 13

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