Determination of the applicability range of The isotropic turbulence theory in a bubble Column

• Autorzy: Nedeltchev, Stoyan

Warianty tytułu

PL

Określenie zakresu stosowania teorii izotropowych turbulencji w kolumnie barbotażowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A new parameter called novel hybrid index (NHI) has been used in order to identify the Ug and Reynolds ranges of applicability of the concept for the stable equilibrium bubble diameter in a bubble column (BC). Both parameters were correlated. The stable equilibrium bubble diameter was defined on the basis of the local isotropic turbulence theory. In the case of BC operation with two aqueous solutions of 2-pentanol (0.5 and 1.0 vol. %) was found that this theory is applicable in the Ug range from 0.060 to 0.07 m/s. These conditions belong to the heterogeneous flow regime of the BC operation.

PL

Określenie zakresu stosowania teorii izotropowych turbulencji w kolumnie barbotażowej W celu określenia zakresów stosowalności prędkości gazu Ug i liczby Reynoldsa w koncepcji stabilnej równowagi średnicy pęcherzyków w kolumnie barbotażowej (BC) wykorzystano nowy parametr zwany nowatorskim indeksem hybrydowym (NHI). Obydwa parametry były ze sobą skorelowane. Średnicę pęcherzyka równowagi stabilnej zdefiniowano w oparciu o teorię lokalnych turbulencji izotropowych Hinze’a. W przypadku kolumny pracującej z dwoma wodnymi roztworami 2-pentanolu (0,5 i 1,0 % obj.) stwierdzono, że teoria ta ma zastosowanie w zakresie Ug od 0,060 do 0,07 m/s. Warunki te należą do heterogenicznego reżimu przepływu w kolumnie barbotażowej.

Słowa kluczowe

PL

kolumna barbotażowa; wahania ciśnienia manometrycznego; teoria turbulencji izotropowych; średnica pęcherzyka w równowadze stabilnej; nowy indeks hybrydowy

EN

bubble column; gauge pressure fluctuations; isotropic turbulence theory; stable equilibrium bubble diameter; new hybrid index

• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 27
• Strony: 29--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Nedeltchev, Stoyan

• Institute of Chemical Engineering, Polish Academy of Sciences, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Vial, C., Poncin, S., Wild, G., Midoux, N., 2001. A simple method for regime identification and flow characterisation in bubble columns and airlift reactors. Chem. Eng. Process., 40(2), 135–151, 2001, DOI: 10.1016/S0255-2701(00)00133-1.
• [2] Nedeltchev, S., Hampel, U., Schubert, M., 2016. Investigation of the radial effect on the transition velocities in a bubble column based on the modified shannon entropy. Chem. Eng. Res. Des., 115, 303–309. DOI: 10.1016/j.cherd.2016.08.011.
• [3] Lucas D., Ziegenhein, T., 2019. Influence of the bubble size distribution on the bubble column flow regime. Int. J. Multiph. Flow, 120, 103092, DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103092.
• [4] Leonard, C.. Ferrasse, J.-H., Boutin, O., Lefevre, S., Viand, A., 2015. Bubble column reactors for high pressures and high temperatures operation. Chem. Eng. Res. Des., 100, 391–421, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cherd.2015.05.013.
• [5] De Swart, J. W. A., Van Vliet, R. E., Krishna, R., 1996. Size, structure and dynamics of ‘large’ bubbles in a two-dimensional slurry bubble column. Chem. Eng. Sci., 51 (20), 4619–4629, DOI: 10.1016/0009-2509(96)00265-5.
• [6] Bhole, M. R., Joshi, J. B., 2005. Stability analysis of bubble columns: predictions for regime transition. Chem. Eng. Sci., 60 (16), 4493–4507, DOI: 10.1016/j.ces.2005.01.004.
• [7] Krishna, R., 2000. A scale-up strategy for a commercial scale bubble column slurry reactor for fischer-tropsch synthesis. Oil Gas Sci. Technol., 55 (4), 359–393, DOI: 10.2516/ogst:2000026.
• [8] Gan, Z. W., Yu, S. C. M., Law, A. W. K., 2011. Hydrodynamic stability of a bubble column with a bottom-mounted point air source. Chem. Eng. Sci., 66, 5338–5356, DOI: 10.1016/j.ces.2011.07.032.
• [9] Hinze, J. O., 1955. Fundamentals of the hydrodynamic mechanism splitting in dispersion processes. AIChE J., 1, 289.
• [10] Miller, 1974. Scale-Up of agitated vessels gas-liquid mass transfer. AIChE J., 20, 445-453.
• [11] Calderbank, P. H., 1959. Physical rate processes in industrial fermentation, part II: mass transfer coefficients in gas-liquid contacting with and without mechanical agitation. Trans. Inst. Chem. Engrs., 38, 173.
• [12] Krishna, R., Urseanu, M. I., Van Baten, J. M., Ellenberger, J., 1999. Influence of scale on the hydrodynamics of bubble columns operating in the churn-turbulent regime: experiments vs. Eulerian simulations. Chem. Eng. Sci., 54, 4903–4911.
• [13] Nedeltchev, S. Katerla, J., Basiak, E., 2022. Novel hybrid methods for identifying the main transition velocities in various bubble columns. J. Chem. Eng. Japan, 55, 201–206, DOI: 10.1252/jcej.2we082.
• [14] Im, H., Park, J, Lee, J. W., 2019. Prediction of main regime transition with variations of gas and liquid phases in a bubble column. ACS Omega, 4, 1329–1343, DOI: 10.1021/acsomega.8b02657.
• [15] Nedeltchev, S., 2023. Identification of local isotropic turbulence conditions in various bubble columns based on several reliable parameters. Fluids, 8, 314, https://doi.org/10.3390/fluids8120314.