KFUPM ePrints

Numerical simulation of one- and two-phase flows in unpacked and partially packed vessels

Sheikh, Saifuddin (2001) Numerical simulation of one- and two-phase flows in unpacked and partially packed vessels. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
4Mb

Arabic Abstract

يُعتبر الوصف التفصيلي لتوزيع التدفق في الوعاء المحشو وغير المحشو ضرورياً للحصول على شرح كافٍ ومفهوم أفضل في مجال العمليات الصناعية . يستخدم ديناميكا السوائل العددية (CFD) لبيان وإعطاء صورة لتوزيع التدفق في العمليات الكيميائية والبتروكيميائية . في هذه الدراسة تم دراسة التدفق ذي الطور والطورين في الوعاء المحشو والمحشو جزئياً لأبعاد صناعية . الوعاء موضوع الدراسة هو ذو شكل إسطواني أفقي بطور 18.2م وقطر 4.9م وهو ذو ثلاثة مداخل ومخرج واحد وسرعة السائل الداخل للوعاء 57 م/ث . يحاكي العمل الحالي عددياً التدفق داخل الوعاء باستخدام (k-e turbulence model) . وتمت محاكاة التدفق في الوعاء المحشو باستخدام معادلة (Ergun) المعدلة وتمت دراسة تأثير العوامل التالية : (1) معدل التدفق ، (2) عدد المداخل والمخارج ، (3) الإضافات داخل الوعاء مثل القرص الحلقي ، (4) نموذج الاضطراب المستخدم ، (5) انشطار الطورين بمجال تدفق السائل . أعطت نتائج التدفق ذي الطور الواحد والطورين نفس النتائج وإشارات إلى أن التدفق في التصميم الحالي للوعاء الغير محشو غير موزع بشكل متناظر وأشارت النتائج أيضاً إلى أن توزيع التدفق في الوعاء المحشو جزئياً يعتمد على قوى الاحتكاك ما بين السائل على المواد المستخدمة للحشو . تم تحسين توزيع التدفق في الوعاء الغير محشو بشكل ملحوظ باستخدام مخرجين أو أكثر بدلاً من مخرج واحد . بالإضافة إلى ذلك ، أعطت محاكاة التدفق ذي الطورين نفس النتائج إلا أن هناك ترسيباً للطور الثقيل عند بعض أجزاء السطح الداخلي للوعاء أو سطح الإضافات داخله .

English Abstract

A detailed description of flow distribution in packed and unpacked vessels is often necessary in order to obtain better understanding and explanation of a range of operations in the process industry. Computational Fluid Dynamics (CFD) is increasingly used to investigate flow distribution in chemical and petrochemical processes. In this study one- and two-phase flows in an unpacked and partially packed vessel of industrial dimensions are investigated. The vessel considered is a horizontal cylinder, which is18.2 m long and 4.9 m in diameter. It has three inlets and one outlet and fluid is entering the vessel at a velocity of 57 m/s. The present work numerically simulates the flow in the vessel using a k- ∈ turbulence model. Flow in the packed bed is simulated using a modified Ergun equation. The effects of a) fluid flowrates, b) number of inlets and outlets, c) inserts such as annular discs, d) turbulence model, and the e) splits of phases (two-phase flow) on the patterns of flow have been investigated. Results of single-phase flow for the unpacked vessel indicate that the flow is not evely distributed in the current design. Results of two-phase flow also showed similar uneven flow distribution. Results also showed that the distribution of flow in the partially packed vessel depends on the value of the friction forces between the packing and the fluid with a certain degree of maldistribution (significantly less than the unpacked case) observed. Flow distribution in the unpacked vessel is significantly improved by using two or more outlets. The emplacement of annular discs or conical like inserts above the inlets further improved the flow distribution. The two-phase flow results exhibited similar patterns except for an increased deposition of the heavier phase at some parts of the surface of the vessel and/or on the surface of the inserts.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:May 2001
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Sheikh, Saifuddin
Committee Advisor:Zughbi, Habib D.
Committee Members:Shaikh, A. K. and Loughlin, Kevin F.
ID Code:10384
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:03
Last Modified:30 Apr 2011 15:31

Repository Staff Only: item control page