Multiphase Flow Models in Packed Beds

Abstract

Résumé -Modèles d'écoulements polyphasiques dans les lits garnis -Cette étude présente un examen des théories sur les écoulements des liquides et des gaz dans les lits garnis appliquées au dimensionnement des réacteurs. Des progrès significatifs ont été réalisés dans la connaissance des phénomènes d'écoulements polyphasiques dans les lits garnis et dans la possibilité d'effectuer des pré-visions quantitatives sur le comportement des fluides en écoulement. Certaines théories utilisent avec succès des équations de continuité et de quantité de mouvement moyennées dans l'espace pour les phases liquide et gazeuse, associées à des lois de comportement représentant les forces de traînée entre les phases fluides et les particules ainsi que les effets de la pression capillaire dans la colonne. Il en résulte un ensemble cohérent d'équations qui sont capables de modéliser les données expérimentales pour le taux de rétention du liquide et la perte de charge dans des conditions de régime permanent. Ces théories ont également été utilisées pour donner des informations sur la stabilité de ces écoulements permanents. Un accord remarquable a été trouvé entre les observations expérimentales et les prédictions théoriques sur les transitions entre les régimes à faibles et à fortes interactions. De plus, le même ensemble d'équa-tions a permis de modéliser les écoulements, à la fois en co-et en contre-courant, des phases liquide et gazeuse dans les lits garnis. Cette approche robuste est basée sur les principes fondamentaux de la méca-nique des fluides et peut être appliquée à d'autres configurations de réacteurs. Une formulation similaire a également amélioré la compréhension de l'hydrodynamique des réacteurs à gazosiphon. Certains de ces résultats sont présentés à titre de comparaison ; un résumé des challenges visant à élargir ces modèles hydrodynamiques pour y inclure les effets du transfert de chaleur, du transfert de masse et des vitesses de réaction est également proposé.Mots-clés : force de traînée, perméabilité, perte de charge, rétention, débits de transition, régime hydrodynamique. Abstract -Multiphase Flow Models in Packed Beds

Modification of Ergun equation for application in trickle bed reactors randomly packed with trilobe particles using computational fluid dynamics technique

“…Drag force or inter-phase momentum exchange is one important hydrodynamics term of TBRs which should be modeled correctly for accurate design and scale up of this type of reactor [13,14]. In the Ergun equation, drag force is usually expressed as the sum of viscous and inertial terms [15].…”

Metal Foam Effective Transport Properties

“…Numerous studies have focused on two-phase flow through porous media (glass packed beds, sintered fiber beds, etc) (Attou & Boyer, 1999;Carbonell, 2000;Jamialahmadi et al, 2005). This type of flow is frequently encountered in many fields, such as petroleum engineering, nuclear safety, etc.…”

Inadequacy of the Two-Fluid Formulation to Model Forced Periodic Flow in Trickle Beds

“…Such analyses were reported in our previous work in studying the kinetics of steam reforming of methanol over Pd/ZnO catalyst [2]. While the relationship between reaction rate and conversion has been tabulated in many standard chemical reaction engineering textbooks [3][4][5], the integral forms of the correlation are not explicit, as the equations derived from homogeneous reactions can not be simply applied to the kinetics of heterogeneous catalytic applications. Consequently, the analysis does not appear as a complete package for laboratory reactors.…”

“…There is a reasonable expectation that any of the existing models for two-phase flow would be capable of explaining this very characteristic evolution of the induced liquid pulses. Unfortunately, attempts to use the well-known two-fluid model (e.g., [3]) to reproduce the observed periodic behavior of the trickle bed were unsuccessful despite this model's success to simulate other aspects of trickle-bed flow. In this note it is shown that the two-fluid approach is incapable of modeling this simple mode of periodic trickle-bed operation for fundamental reasons.…”