Study to solid load and rheological properties effect in a bubble column flow using Fluorescent Stereo-PIV and CFD techniques

Orientador: Milton MoriTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Sistemas multifasicos sao extensamente estudados devido sua importancia nas diferentes tecnologias, e por sua alta aplicabilidade industrial em processos quimicos, bioquimicos e petroquimicos. Nas coluna de bolhas, muitos fatores influenciam a dinamica do escoamento, tal como a viscosidade da fase liquida que atua na formacao das bolhas e sua tendencia para coalescer. Um outro fator e a adicao de particulas solidas, as quais tambem modificam o regime de escoamento. Por este motivo, o presente trabalho visa estudar o efeito da carga de solido e das propriedades reologicas da fase liquida no escoamento em uma coluna de bolhas. A analise fluidodinamica foi feita atraves das tecnicas F-Stereo-PIV e CFD, utilizando particulas de catalizador para FCC com diametros entre 100 e 125 .... como fase solida, e uma solucao aquosa de Carboximetilcelulose (CMC) 0,25 % em peso, como fase liquida. As medicoes foram feitas em uma coluna de bolhas de 14,5 cm de diametro e 1 m de altura. Ar comprimido foi injetado pela base da coluna utilizando um distribuidor de 21 furos com uma variacao da velocidade superficial do gas de 0,15 para 1 cm/s, garantindo um regime homogeneo na operacao. A altura inicial do liquido foi de 80 cm e foram adicionados 5, 10 ou 15 g de material particulado, dependendo das condicoes de operacao. Na analise observou-se que as particulas solidas tendem a estabilizar o regime de escoamento devido a pouca quantidade de solido adicionada ao sistema. Alem disso, observou-se que as propriedades reologicas da fase liquida apresentaram o efeito esperado, diminuindo a velocidade axial do liquido devido a maior dissipacao de energia. Os dados obtidos experimentalmente foram comparados com os resultados numericos, encontrando boa concordancia entre elesAbstract: Multiphase systems are widely studied due its importance in several technologies and its high industrial applicability such as in chemical, biochemical and petrochemical processes. In bubble columns, many factors influence the fluid dynamics, such as the viscosity of the liquid phase wich is related to bubble formation processes and their tendency to coalesce. Another factor is the addiction of solid particles wich also change the flow regime in the gas-liquid system. The aim of this work is to study the solid load effect and the influence of liquid rheology in a cylindrical bubble column. A fluidynamics analyses that combined the experimental F-Stereo-PIV and the numercial CFD thecniques was performed. FCC particles with diameters between 100 and 125 .... and an aqueous solution of Carboximetilcelulose 0,25 %wt were used as the solid and liquid phases, respectively. Measurements were carried out in a cylindrical bubble column with 14,5 cm in diameter and 1 m in height. The air was injected at the bottom of the column using a gas sparger with 21 holes. The superficial gas velocity varied between 0,15 and 1 cm/s, ensuring an homogeneous regime operation. The initial height of the liquid was 80 cm, and 5, 10 or 15 g of solid particles were added, depending on the operation conditions. The results showed that the solid particles tend to stabilize the regime operation due to the low solid load added to the system. The experiments also demostrated that the rheologic properties of the liquid have the expected effect, decreasing the axial liquid velocity for higher energy dissipation. The experimental data were compared with the numerical results and a good agreement between them was foundDoutoradoEngenharia QuímicaDoutora em Engenharia Quimic