Modelowanie hydrodynamiki reaktora barbotażowego nowej konstrukcji

• Autorzy: Jaschik Jolanta , Tańczyk Marek , Janusz-Cygan Aleksandra , Janecki Daniel , Mrozowski Jan

Identyfikatory

DOI

10.15199/62.2024.2.12

Warianty tytułu

EN

Modeling of the hydrodynamics in a bubble reactor with a special design

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opracowano model CFD reaktora barbotażowego z dyspergatorem szczelinowym, stosowanego do głębokiego odsiarczania gazów zawierających duże ilości SO₂ , w celu implementacji procesu na większą skalę. Reaktor barbotażowy pracuje w układzie trójfazowym zawierającym ciecz, rozproszony gaz procesowy oraz fazę stałą (gips), czyli produkt reakcji. Zastosowano model Eulerian rozszerzony do trzech faz ze standardowym modelem turbulencji k-ɛ. Symulacje dotyczące hydrodynamiki prezentowanego reaktora wykonano dla różnych wartości parametrów procesowych. Walidacja opracowanego modelu CFD opierała się na porównaniu doświadczalnych i obliczonych wartości spadku ciśnienia gazu wlotowego oraz mocy mieszania. Stwierdzono bardzo dobrą zgodność tych parametrów. Przeprowadzono szczegółową analizę zjawisk hydrodynamicznych zachodzących w różnych obszarach reaktora. Analiza ta potwierdziła dobre warunki mieszania fazy gazowej i ciekłej w reaktorze o modelowanej konfiguracji. Takie warunki sprzyjają efektywnej absorpcji SO₂, co stwierdzono w badaniach eksperymentalnych.

EN

A CFD model of 1.5 m³ bubble reactor equipped with a slotted gas disperser used for deep desulfurization of SO₂ -rich gases was developed. The Eulerian model extended to 3 phases with standard k-ɛ turbulence model was used. Simulations of the hydrodynamics were made for different values of operating parameters. The validation of developed model was done by comparing the exp. and calc. values of the inlet gas pressure drop and the power of mixing. Anal. of the hydrodynamic phenomena in various areas of reactor confirmed good conditions for mixing the gas and liq. phases in the reactor with the modeled configuration. Such conditions favor effective absorption of SO₂ , which was found in experimental studies.

Słowa kluczowe

PL

reaktor barbotażowy; model CFD; reaktor trójfazowy; przepływ wielofazowy

EN

bubble reactor; CFD modeling; three-phase reactor; multiphase flow

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przemysł Chemiczny
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 103, nr 2
• Strony: 293--300
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys.

Twórcy

autor

Jaschik Jolanta

• Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-4241-352X

autor

Tańczyk Marek

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-8273-562X

autor

Janusz-Cygan Aleksandra

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice

• https://orcid.org/0000-0001-8405-0547

autor

Janecki Daniel

• Uniwersytet Opolski

• https://orcid.org/0000-0003-4462-5128

autor

Mrozowski Jan

• Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice

• https://orcid.org/0000-0003-3915-1802

Bibliografia

• [1] P. Rollbusch, M. Bothe, M. Becker, M. Ludwig, M. Grünewald, M. Schlüter, R. Franke, Chem. Eng. Sci. 2015, 126, 660.
• [2] T. Wang, J. Wang, Y. Jin, Ind. Eng. Chem. Res. 2007, 46, 5824.
• [3] R. K. Srivastava, W. Jozewicz, J. Air Waste Manage. Assoc. 2001, 51, 1676.
• [4] A. Poullikkas, Energy Technol. Policy 2015, 2, 92.
• [5] Pat. pol. 230391 (2018).
• [6] Pat. pol. 209175 (2011).
• [7] J. Mrozowski, J. Jaschik, Przem. Chem. 2021, 100, nr 6, 585.
• [8] J. B. Joshi, Chem. Eng. Sci. 2001, 56, 5893.
• [9] D. D. McClure, N. Aboudha, J. M. Kavanagh, D. F. Fletcher, G. W. Barton, Chem. Eng. J. 2015, 264, 291.
• [10] K. Guo, T. Wang, Y. Liu, J. Wang, Chem. Eng. J. 2017, 329, 116.
• [11] V. H. Bhusare, M. K. Dhiman, D. V. Kalaga, S. Roy, J. B. Joshi, Chem. Eng. J. 2017, 317, 157.
• [12] M. Elqotbi, S. D. Vlaev, L. Montastruc, L. I. Nikov, Comput. Chem. Eng. 2013, 48, 113.
• [13] M. Meister, M. Rezavand, C. Ebner, T. Pümpel, W. Rauch, Adv. Eng. Software 2018, 115, 194.
• [14] F. Scargiali, A. D. Orazio, F. Grisafi, A. Brucato, Chem. Eng. Res. Des. 2007, 85, 637.
• [15] X. Guan, X. Li, N. Yang, M. Liu, Chem. Eng. J. 2020, 386, 121554.
• [16] A. Hadane, L. Khamar, S. Benjelloun, A. Nounah, Chem. Eng. Proces. 2019, 135, 190.
• [17] R. J. G. Lopes, R. M. Quinta-Ferreira, Chem. Eng. J. 2009, 147, 342.
• [18] D. Janecki, A. Burghardt, G. Bartelmus, Chem. Eng. J. 2014, 237, 176.
• [19] P. S. Balusu, B. Mohanty, Int. J. Comput. Appl. Eng. Sci. 2011, 1, nr 4, 454.
• [20] T. Can, L. Mingyan, X. Yonggui, AIChE J. 2013, 59, 1934.
• [21] Z. Peng, L. Ge, R. Moreno-Atanasio, G. Evans, B. Moghtaderi, E. Doroodchi, Chem. Eng. J. 2020, 396, 124738.
• [22] ANSYS Fluent Theory Guide, Release 2021 R2, July 2021.
• [23] L. C. Mutharasu, D. V. Kalaga, M. Sathe, D. E. Turney, D. Griffin, X. Li, M. Kawaji, K. Nandakumar, J. B. Joshi, Chem. Eng. J. 2018, 350, 507.
• [24] A. Behzadi, R. I. Issa, H. Rusche, Chem. Eng. Sci. 2004, 59, 759.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).