بررسی اثر سرعت ظاهری گاز و غلظت جامد بر ضریب انتقال حرارت در ستون‌های حبابی ـ دوغابی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

انتقال حرارت از پدیده‌های بسیار مهم در راکتورهای دوغابی برای مدل‌سازی, طراحی ادوات حرارتی و افزایش مقیاس است. برای مطالعه ضریب انتقال حرارت موضعی در راکتور دوغابی، ستونی به قطر cm 30 و ارتفاع m 3، برای دستیابی به رژیم جریان راکتورهای صنعتی، طراحی و ساخته شد. در آزمایش‌ها پودر سیلیس با قطر متوسط 50 میکرون (اندازه‌ای مشابه با کاتالیست فرایند فیشر-تروپش) به عنوان فاز جامد به‌کار رفت. از پارافین به عنوان فاز مایع و از هوا به عنوان فاز گاز استفاده شد. همچنین یک پروب حرارتی مخصوص برای اندازه‌گیری ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی با منبع حرارتی الکتریکی و ترموکوپل‌های اندازه‌گیری دمای سطح و دمای سیال تعبیه شد. به کمک این پروب، ضریب انتقال حرارت در راکتور اندازه‌گیری و تأثیر پارامترهای سرعت ظاهری گاز و غلظت جامد در آن مطالعه شد. در تمام آزمایش‌ها، نسبت ارتفاع فاز دوغابی به قطر 4 در نظر گرفته شده است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهند که با افزایش سرعت گاز از cm/s 25-2، ضریب انتقال حرارت به طور متوسط حدود 65 درصد افزایش می‌یابد و همچنین افزایش غلظت جامد در دوغاب موجب افزایش ضریب انتقال حرارت جابه‌جایی می‌شود.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Superficial Gas Velocity and Solid Concentration Influence on Heat Transfer Coefficient in Slurry Bubble Columns

چکیده [English]

Heat transfer is a very important phenomenon for modeling heat equipment and scale up of slurry bubble = reactors. For studying local heat transfer coefficient in slurry reactors, a column of 30 cm diameter and of about 3 m height which meets industrial reactor region was designed and constructed. In the experiments, 50-μm SiO2 powder having the same size of the catalyst of Fischer-Tropsch process was used as the solid phase and paraffin and air were used as the liquid and gas phases respectively. A specially designed heat transfer probe was used for measuring local heat transfer which consists of an electrical heat source element and two thermocouples for probing surface and fluid temperature measuring. By using this probe, local heat transfer coefficient was measured and the influence of superficial gas velocity and solid concentration were investigated. In all experiments, slurry phase height to the column diameter ratio was 4. The results showed that increasing the gas velocity from 2 to 25 cm/s leads to an increase in heat transfer coefficient by about 65%; also an increase in the solid concentration increases heat transfer rate.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heat Transfer Coefficient
  • Slurry Bubble Column
  • Superficial Gas Velocity
  • Solid Concentration
  • FT

[1] Deckwer W.D., Bubble column reactors, New York, Wiley, 1992.

[2] Kantarci N., Borak F. & Ulgen K.O., “Review: bubble column reactors”, Process Biochemistry, Vol. 40, pp. 2263-2283, 2005.

[3] Kolbel H., Borchers E. & Muller K., “Warmeubergang in blasensaulen. II. Messungen an viscosen supsensionen (Heat transfer in bubble columns. II. Measurements with viscous suspensions)”, Chem.-Ing.-Tech., Vol. 30 pp. 729-734, 1958.

[4] Kolbel H., Borchers E. & Martins J., “Warmeubergang in blasensaulen. III. Messungen an gasdurchstromten suspensionen”, Chem. Eng. Tech., Vol. 32, pp. 84-88, 1960.

[5] Deckwer W.D., Louisi Y., Zaidi & Ralek M., “Hydrodynamic properties of the Fischer-Tropsch slurry process”, Ind. Chem. Eng. Process Des. Dev., Vol. 19, pp. 699-708, 1980.

[6] Li H. & Prakash A., “Heat transfer and hydrodynamics in a three-phase slurry bubble column”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 36, pp. 4688-4694, 1997.

[7] Prakash A., Margaritis, Li H. & Bergougnou M.A., “Hydrodynamics and local heat transfer measurements in a bubble column with suspension of yeast”, Biochem. Enging. J., Vol. 9, pp. 155-163, 2001.

[8] Saxena S.C., Rao N.S. & Saxena A.C., “Heat-transfer and gas-holdup studies in a bubble column: air–water–glass bead system”, Chem. Eng. Commun., Vol. 96, pp. 31-55, 1990.

[9] Li H. & Prakash A., “Heat transfer and hydrodynamics in a three-phase slurry bubble column”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 36, pp. 4688-4694, 1997.

[10] Li H. & Prakash A., “Influence of slurry concentrations on bubble population and their rise velocities in three-phase slurry bubble column”, Powder Technol., Vol. 113, pp. 158–167, 2000.

[11] Magiliton M., Chem Y.M. & Fan L.S., “Bed-Immersed object heat transfer in a three-phase fluidized bed”, A.I.Ch.E. J., Vol. 34, pp. 1043-1047, 1988.

[12] Kumar S., Kusakabe K., Raghunathan K., Fan L.S., “Mechanism of heat transfer in bubbly liquid and liquid-solid systems: single bubble injection”, A.I.Ch.E. J., Vol. 38, pp. 733-741, 1992.

[13] Kim S.D., Baker C.G.J. & Bergougnou M.A., ”Bubble characteristics in three-phase fluidized beds”, Chem. Eng. Sci., Vol. 32, pp. 1299-1306, 1977.

[14] Fukuma M., Muroyama K. & Yasunishi A. ”Properties of bubble swarm in a slurry bubble column”, J. Chem. Eng. Jpn., Vol. 20, pp. 28-33, 1987.

[15] Miyahara T., Tsuchiya K. & Fan L.S., ”Wake properties of a single gas bubble in a three-dimensional liquid-solid fluidized bed”, Int. J. Multiphase flow, Vol. 14, pp. 749-763, 1988.

[16] Fan L.S. & Tsuchiya K., Bubble wake dynamics in liquid and liquid-solid suspensions, Butterworth-Heinemann: Stoneham, MA, 1990.