University of Oulu

Validation and development of a novel draft tube reactor

Saved in:
Author: Honkala, Elina
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Technology, Process Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.9 MB)
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-201406191772
Language: English
Published: Oulu : E. Honkala, 2014
Publish Date: 2014-06-23
Physical Description: 94 p.
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Muurinen, Esa
Reviewer: Muurinen, Esa
Riihimäki, Markus
Description:
Draft tube circulators have been used in various industrial processes. They contain an inner tube located inside the reac-tor. An axial impeller at the top part of the inner tube pushes the fluid downwards. This reactor concept uses less energy to achieve sufficient mixing in the system. Outotec has developed a novel draft tube reactor which exploits draft tube circulator principles and consists of horizontal and vertical sections. The aim of this work was to obtain information on the flow and solid resuspension behavior of the test tube reactor for the design and further development of the OKTOP®6000 reactor. Flow velocities were measured with an ultrasound measuring probe that utilizes the Doppler effect. The aim of the experiments was to gain information about the flow profile inside the reactor annulus from different measuring points. Flow velocity results were used to validate the computational fluid dynamic simulation results made earlier. Liquid-solid and liquid-solid-gas mixing was studied with electrical impedance tomography (EIT) devices, which meas-ure conductivity difference in the media. Experiments were done with different solids contents, impeller rotation speeds and different gas feed rates to determine what kinds of mixing conditions achieve complete off-bottom suspension. Slurry samples were taken from the upper part of the reactor to obtain information on how much sand flows to the upper part of the reactor. Based on the flow velocity and CFD simulations, the flow inside the reactor annulus is highly turbulent and the flow profile is time dependent. There is a recirculation area at the bottom of the reactor and the flow is pulsating to the upper part of the reactor. Solids suspension tests show that the reactor concept achieves complete off-bottom suspension more easily without gas feed. The gas feeding system was not optimal and some of the gas flooded from the draft tube and disturbed the flow inside the draft tube. Solids suspension tests confirmed the fact that the flow profile was pulsating and time dependent. Flow velocity and solids suspension test results can be used to dimension and further develop the novel draft tube reac-tor OKTOP®6000, which is part of the Outotec reactor family.
see all

Imuputkireaktoreita on käytössä monissa erilaisissa teollisissa sovelluksissa. Reaktorin sisälle on asennettu sisäputki, jonka yläosassa on tyypillisesti sekoitin, joka saa aikaan liuoskierron sisäputken kautta reaktorin annulukseen. Sisäput-ken ansiosta sekoitukseen tarvittava energiamäärä on pienempi kuin perinteisissä sekoitusreaktoreissa. Outotec on kehittänyt sisäputkireaktoriteknologiaa hyödyntävän OKTOP®6000–reaktorin, joka koostuu vaaka- ja pystysuuntaisista osioista. Imuputkireaktorin avulla pyrittiin selventämään reaktorin suunnittelun ja jatkokehityksen avuksi virtausominai-suuksia sekä kiintoaineen suspengointiin liittyviä ilmiöitä. Virtausnopeuksia mitattiin Doppler-ilmiötä hyödyntävällä mittalaitteella eri kohdista reaktorin ulkokehää. Tarkoituksena oli saada tietoa virtausnopeuksista muutamassa mittauspisteessä reaktorin sisältä eri sekoittajan pyörimisnopeuksilla. Tuloksien avulla pyrittiin vahvistamaan virtauslaskennan tuloksia. Toisessa osassa reaktoriin lisättiin kiintoainetta ja tutkittiin sen liikkeelle lähtöä eri hiekkamäärillä, sekoituksen kier-rosmäärillä sekä happisyöttömäärillä. Tarkoituksena oli saada tietoa milloin neste-kiintoaine- sekä neste-kiintoaine-kaasu-systeemeissä saadaan aikaan sellaiset sekoitusolosuhteet, että kaikki hiekka joko liikkuu reaktorin pohjassa ja mahdollisesti virtaa reaktorin yläosaan. Mittauksessa käytettiin apuna sähköimpedanssi tomografiasauvoja (EIT), jotka mittaavat sähkönjohtavuuseroja väliaineesta. Lisäksi reaktorin yläosaan virtaavan hiekan kiintoainepitoisuutta mitattiin yläosasta otetttujen näytteiden avulla. Virtausmittausten ja –simulointien perusteella voidaan sanoa, että virtaus reaktorissa on hyvin turbulenttinen ja virtaus-profiili vaihtelee eri ajanhetkillä. Reaktorin pohjaan muodostuu pyörteitä kun sisäputkesta tuleva virtaus muuttaa suun-taa. Virtaus kohti reaktorin yläosaa on hyvin sykkivää. Kiintoainekokeiden perusteella nähtiin, että hiekka pysyi liik-keessä kaikilla kierrosnopeuksilla ja hiekkamäärillä ilman kaasusyöttöä. Happisyöttö puolestaan häiritsi systeemiä ja sai hiekan laskeutumaan tietyssä pisteessä. Kaasun syöttöjärjestelmä ei ollut optimaalinen tälle reaktorikonseptille, sillä isommat kaasumäärät tulvivat ulos sisäputkesta virtaamatta nestevirtauksen mukana. Virtausmittaus- ja kiintoainekokeiden tuloksia voidaan käyttää OKTOP®6000–reaktorin jatkokehityksessä ja suunnitte-lussa.
see all

Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.