Hidrodinámica en columnas de burbujeo rectangulares
Efecto de las fuerzas de no arrastre y el balance poblacional
Carretera Federal Transistmica Km. 29 Predio Buenavista de Torres
Rancho Pipinaco Cosoleacaque Ver., 96340, México
M.C.JorgeAdánFernándezVargas
Investigación y Desarrollo Tecnológico
Planta PTA Cosoleacaque
Tel: (921) 211-3186 e-mail: [email protected]
M.I.RobertoCarlosReyesFonseca
Investigación y Desarrollo Tecnológico
Planta PTA Cosoleacaque
Tel: (921) 211-3185 e-mail: [email protected]
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LÍNEASDEINVESTIGACIÓN• MejoradeeficienciaenequiposdeiPTA
– ReactoresdeoxidacióndepX– …
• …HERRAMIENTAS• Experimentación
– Sistemaagua-aire– …
• Modelación– AnsysCFX– …
• …
Introducción
• Los reactores Hpo columnas de burbujeo(BCRs) son equipos donde el gas esdistribuido en el fondo del recipiente yasciendeenformadeburbujasatravésdelafasecon>nua.
• Estos equipos presentan bajos costos de
fabricación, construcción sencilla, costosopera>vos mínimos, buen mezclado y altaeficiencia de transferencia de calor ymasapor lo que han sido ampliamente uHlizadosen la industria química, petroquímica,farmacéuHca,metalúrgica,entreotras.
• LaingenieríadereaccionesquímicashaempleadotresenfoquesparaBCRs[1]
Utilizan hidrodinámica simplificada y correlaciones
para escalamiento.
Aún así, se tiene un conocimiento parcial de la dinámica del flujo gas-líquido [2] y la resolución de múltiples fenómenos puede resultar restrictivo.
- Reactores perfectamente mezclados y reactores tubulares & Modelos de dispersión axial -1ra gen.-
- Modelos de convección-difusión -2da gen.-
- Desde hace algunos años, se ha promovido el uso de CFD como herramienta de análisis -3ra gen.-
Capaz de capturar los fenómenos de flujo de fluidos e incluir la
transferencia de calor y masa
[1] P. Gupta / 2002 / Churn-turbulent bubble columns - experiments and modeling [2] M. E. Díaz y col. / 2008 / Numerical simulation of the gas–liquid flow in a laboratory scale bubble column
Metodología• Setomaronresultadosexperimentales
y de modelación previamentepublicados[3]
– Paramedir la distribución de retención degas los autores procesaron datos desensores de conducHvidad (SC) Hpo rejillaendosalturas.
• LamallasegeneróenICEMcon16000nodos de acuerdo a la configuraciónpropuestaeneltrabajobase.
0.1m
1m
0.02m*0.01m
SC Y=0.63[m]
SC Y=0.08[m]
[3] E. Krepper y col. / 2007 / Experimental and numerical studies of void fraction distribution in rectangular bubble columns
• Lapreparación,ejecuciónyprocesamientoderesultadosserealizóenAnsysCFX14.5.
• Sepresentan4casos
• Seempleoelmodelodeturbulenciak-epsilon,ejecuciónenestadodinámicoconuntamañodepasode0.01[s]yunaduracióntotalde20[s].
• LafracciónvolumensepromedioenelHempoparacompararlaconlosdatosdereferencia.
Caso Diametrodeburbuja ArrastreNoArrastre
SustentaciónMasaVirtual
Lubricacióndepared
Dispersióndeturbulencia
Base 3[mm] Grace ninguno ninguno ninguno ninguno
SSIZE 3[mm] GraceLegendreMagnaudet VMC=0.5 Frank Favre
MUSIGI Balancepoblacional GraceLegendreMagnaudet VMC=0.5 Frank Favre
MUSIGII Balancepoblacional GraceLegendreMagnaudet VMC=0.5 Antal LópezdeBertodano
-para plantear el ultimo caso fue necesario explorar diferentes combinaciones (20)-
ResultadosPromedioen𝑡deladistribucióndefracción
volumendegasa𝑦=0.08 𝑚.
[3] E. Krepper y col. / 2007 / Experimental and numerical studies of void fraction distribution in rectangular bubble columns
Resultados obtenidos Resultados experimentales y de modelación [3]
ResultadosPromedioen𝑡deladistribucióndefracción
volumendegasa𝑦=0.63 𝑚.
[3] E. Krepper y col. / 2007 / Experimental and numerical studies of void fraction distribution in rectangular bubble columns
Resultados obtenidos Resultados experimentales y de modelación [3]
Resultados
Columna configurada únicamente con modelo de arrastre
Jg=10mm/s
Columna configurada con modelo de arrastre y no arrastre
Jg=10mm/s
ResultadosComparación cualitaHva delcomportamiento ondulatorio dela pluma de gas con losresultadosdelasimulación.Oscilaciónmarcadaenlazonadelfondo (donde se efectúa lainyeccióndegas).Por encima del sensor dec ondu cHv i d ad , e l g a s s eencuentradispersoa lo largodelacolumna.
SC Y=0.08[m]
SC Y=0.08[m]
Conclusiones• La implementación delbalance poblacional representa un avance en el
gradodeprediccióndelosmodelosparafluidosmulHfásicosaleliminareltamañodeburbujapredefinido.
• UHlizar múlHples grupos de burbujas con diferentes diámetros ymedianteunaadecuadaseleccióndemodelosdefuerzasdenoarrastre,sepuedenmejorarlasesHmacionesderetencióndegas.
• Lasfuerzasdenoarrastrepermitenmodelarlanaturalezaondulatoriadelaplumadegas,porloquesonnecesariasparapredecirlahidrodinámicaenelrégimenbubblyflow.