CFD numerical study of catalyst slurry hydrodynamics in a Rushton turbine stirred tank reactor

• Autorzy: Wodołażski A.

Warianty tytułu

PL

Badania numeryczne CFD hydrodynamiki zawiesiny katalizatora w reaktorze zbiornikowym z turbiną Rushtona

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this study, three dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of catalyst slurry hydrodynamic in Rushton turbine- stirred tank reactor has been developed. The effect of solid catalyst particles distribution in elliptical reactor bottom has been investigated. The numerical calculations have analyzed the effect of catalyst particle size, viscosity and solids loading over a wide range. The results of numerical simulation show that distribution of the slurry concentration depends largely on the stirrer speed and physico-chemical parameters of solid catalyst particles. Effects of catalyst particles cloud height in stirrer tank reactor has been analyzed. Transient analysis of catalyst solid particles volume fraction for different times has been visualized. Dynamic pressure distribution impinge of agitator blades at different stirrer speed were studied. Furthermore, methanol synthesis from syngas derived by coal gasification in this reactor with heat removal option will be carried out.

PL

W pracy przestawiono trójwymiarowy model obliczeniowy CFD hydrodynamiki zawiesiny katalizatora w reaktorze zbiornikowym z turbiną Rushtona. Przeanalizowano wpływ rozmieszczenia cząstek stałych katalizatora na eliptycznym dnie reaktora. Obliczenia numeryczne przeprowadzono dla rożnych rozmiarów cząstek katalizatora, lepkości oraz załadunku fazy stałej. Wyniki symulacji numerycznej wskazują, że rozkład stężeń zawiesiny w dużym stopniu zależy od prędkości obrotowej mieszadła oraz od fizyko-chemicznych właściwości cząstek stałych katalizatora. Przeanalizowano wysokość chmury cząstek stałych katalizatora w reaktorze. Zwizualizowano ułamki objętościowe frakcji stałej katalizatora dla rożnych chwil czasowych w stanie nieustalonym. Określono rozkład ciśnienia dynamicznego oddziaływującego na łopatki przy rożnych prędkościach obrotowych mieszadła. W przyszłości w reaktorze zostanie przeprowadzona reakcja syntezy metanolu z gazu syntezowego pochodzącego ze zgazowania węgla wraz z odbiorem ciepła reakcji.

Słowa kluczowe

EN

CFD simulation; stirrer tank reactor; catalyst solid particles distribution; Rushton turbine

PL

symulacja CFD; reaktor zbiornikowy z mieszadłem; dystrybucja cząstek stałych katalizatora; turbina Rushtona

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 57
• Strony: 69--75
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Wodołażski A.

• Department of Energy Saving and Air Protection, Central Mining Institute, Pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland

Bibliografia

• 1. Chara Z., Kysela B., Konfrs J., Fort I.: Experimental study of flow in a tank stirred by a Rushton impeller. In: International Conference on Numerical Analysis and Applied Mathematics, Rhodes-Greece, 2014, 1648, p. 21–28.
• 2. Dehbi A.: A CFD model for particle dispersion in turbulent boundary layer flows. “Nuclear Engineering and Design” 2008, 238, p. 707–715.
• 3. Derksen J.J.: Numerical simulation of solids suspension in a stirred tank. “American Institute of Chemical Engineers Journal” 2003, 49 (11), p. 2700–2714.
• 4. Hartmann H., Derksen J.J., Van den Akker H.: Numerical simulation of a dissolution in a stirred tank reactor. “Chemical Engineering Science” 2006, 61, p. 3025–3032.
• 5. Kasat G.R., Khopkar A.R., Ranade V.V., Pandit A.B.: CFD simulation of liquid- phase mixing in solid–liquid stirred reactor. “Chemical Engineering Science” 2008, 63, p. 3877–3885.
• 6. Ochieng A., Onyango M.S.: Drag models, solids concentration and velocity distribution in a stirred tank. “Powder Technology” 2008, 181, p. 1–8.
• 7. Wang Z., Mao Z.S., Shen X.Q.: Numerical simulation of macroscopic mixing in a Rushton impeller stirred tank. “The Chinese Journal of Process Engineering” 2006b, 6(6), p. 857–863.
• 8. Wodołażski A.: Modelling of slurry hydrodynamics with two-blade impeller in tank reactor. “Maintenance and Reliability” 2014, 16 (4), p. 533–536.
• 9. Yamazaki H., Tojo K., Miyanami K.: Concentration profiles of solids suspended in a stirred tank. “Powder Technology” 1986, 48(3), p. 205–216.
• 10. Yapici K., Karasozen B., Schafer M., Uludag Y.: Numerical investigation of the effect of the Rushton type turbine design factors on agitated tank flow characteristics. “Chemical Engineering and Processing” 2008, 47, p. 1340–1349.

Uwagi

W artykule błędna numeracja bibliografii.