ارزيابي عملكرد يك رآكتور بستر سيال با بررسي هيدروديناميك و خصوصيات گرمايي ذرات جامد مختلف

Performance Evaluation of a Fluidized Bed Reactor by Studying the Hydrodynamics and Thermal Properties of Different Solid Particles

نرخ انتقال حرارت بالا به عنوان يكي از مزاياي مهم رآكتورهاي بستر سيال به فرآيندهاي هيدروديناميكي بستر وابسته است. در اين تحقيق پارامترهاي مهم هيدروديناميكي از جمله حداقل سرعت شناوري، افت فشار، ارتفاع بستر و وضعيت بستر از نظر تشكيل حباب و رژيم جريان به صورت آزمايشگاهي و عددي بررسي گرديد. مدل اويلري دو سيالي به همراه تئوري انرژي جنبشي جريان دانه‌اي و دو مدل درگ مختلف گيداسپا و سايملال-اوبراين در شبيه‌سازي عددي حاضر به كار گرفته شد. نتايج نشان داد كه با استفاده از مدل درگ گيداسپا در حل عددي، حداقل سرعت شناوري با خطاي تقريبي 13/8 درصد و ارتفاع بستر با متوسط خطاي 9 درصد نسبت به كار آزمايشگاهي قابل پيش‌بيني است. به منظور بررسي تأثير خصوصيات ذرات بر توزيع دماي بستر سيال‌هاي حبابي، ذرات جامد مختلف با چگالي و ضرايب پخشندگي گرمايي متفاوت مورد بررسي قرار گرفتند. در نهايت براي اثبات مزيت استفاده از رآكتورهاي بستر سيال براي دريافت هواي گرم مورد نياز در واحدهاي صنعتي، توزيع دما و ارتفاع يك رآكتور بستر سيال حبابي و كانال ساده‌ي دما ثابت در شرايط يكسان مقايسه گرديد. نتايج نشان داد كه دماي هواي خروجي از يك رآكتور بستر سيال حبابي تقريباً 28 درجه سلسيوس بيشتر از كانال ساده‌ي مشابه است.

High heat transfer rate as one of the important advantages of fluidized bed reactors is attributed to hydrodynamic mechanisms. In this research the important hydrodynamic parameters such as minimum fluidization velocity, pressure drop, bed height, bubble formation and flow regime were investigated experimentally and numerically. The two-fluid model coupled with the kinetic theory of granular flow and two different drag models of Gidaspow and Syamlal-O'Brien were applied in the present simulation. The results showed that by using the Gidaspow drag model in numerical solution, the minimum fluidization velocity with an approximate error of 13.8% and the bed height with an average error of 9% are predictable in comparison with the experiments. In order to investigate the effects of particles properties on temperature distribution of a bubbling fluidized bed, several solid particles with different densities and thermal diffusivities were investigated. Finally, to demonstrate the advantages of fluidized beds to receive the required hot air in industrial units, temperature distribution and required height of a bubbling fluidized bed reactor were compared with a similar constant surface temperature simple channel. The results showed that the outlet air temperature of a bubbling fluidized bed is about 28 degrees Celsius higher than a similar simple channel.