KFUPM ePrints

Investigations of the flow and pinning phenomena in radial flow reactors

Kareeri, Aqeel Ahmad (2004) Investigations of the flow and pinning phenomena in radial flow reactors. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
2633Kb

Arabic Abstract

في كثير من المفاعلات الكيميائية ينخفض أداء المحفزات بسرعة كبيرة ولكن من الممكن إعادة فاعليتها. هذه العملية من الممكن تنفيذها في مفاعل شعاعي متحرك. عمليات إعادة الفاعلية للمحفزات في هذه الحالات تتم بشكل مستمر في مفاعل حيث يكون المحفز متحركاً نحو الأسفل بينما يتحرك الغاز في الإتجاه الشعاعي للمفاعل ويغادر من خلال الأنبوب المركزي. في مثل هذه المفاعلات يوجد حد أعلى لكمية الغاز الممكن ضخه في المفاعل لتفادي ظاهرة تعليق جسيمات المحفز إلى جدار المفاعل. لقد تمت محاكاة السريان في مفاعل شعاعي ثابت. وتمت محاكاة جميع أنواع هذه المفاعلات الأربعة. هذه الأنواع هي CP-z, CP-π, CF-z. أظهرت نتائج الدراسة تطابقاً جيداً مع نتائج معملية منشورة سابقاً وأظهرت النتائج أيضاً أن النمذجة الحالية تتطابق مع النتائج المعملية أفضل من النماذج العددية المنشورة سابقاً. وأظهرت النتائج أن نوع π يحتوي على سريان أكثر تناسقاً مقارنة مع نوع z. وأظهرت النتائج أيضاً أنه إذا كانت نسبة مساحةالأنبوب المركزي إلى مساحة المجرى الحلقي أقل من 1 فإن السريان في نوع CF-n يكون الأكثر تناسقاً. أما إذا كانت النسبة أكبر من 1 فإن السريان في نوع CP-n يكون الأكثر تناسقاً. ولقد تمت دراسة السريان في مفاعل شاعي متحرك بواسطة تجارب معملية. هدفت الدراسة إلى فهم العوامل المؤثرة في ظاهرة تثبيت المحفزات على سطح الأنبوب المركزي إذا كانت سرعة الغاز مرتفعة جداً. أظهرت النتائج أن العوامل المؤثرة في تحديد كيفية وتوقيت حصول التثبيت هي سرعة الاز وشكل النافث بالإضافة إلى حجم وكثافة حبيبات الحفاز. كلما إزداد حجم وكثافة المحفزات كلما ازدادت كمية أو سرعة الغاز الممكن إستعمالها دون أن تثبت المحفزات. وفي هذه الدراسة أيضاً تمت محاكاة السريان في مفاعل شعاعي متحرك وأظهرت النتائج تطابقاً نوعياً مع النتائج المعملية.

English Abstract

The flow in a radial flow fixed bed reactor (RFBR) was simulated using computational fluid dynamics (CFD). There are four types of RFBR based on the axial directions of the flow in the distributing channel and center pipe and on the reactor radial flow direction. These types are known as CP-z, CP-π, CF-z and CF-π configurations. The flow in all four configurations was simulated. The model results showed good agreement with published experimental data. Results also showed that the present rigorous model can approximate the experimental results better than previously proposed analytical and numerical models. Results also showed that the π-flow configurations have always the most uniform axial flow compared to the z-flow configurations under the same conditions. Results also showed that for a ratio of the cross sectional area of the center pipe to that of the annular channel, less than one, the CF-π configuration gives the most uniform flow. For an area ratio larger than one, the CP-π configuration gives the best uniform flow. Results also showed that the uniformity of the flow distribution is enhanced by lowering the porosity of the center pipe and that of the bed. Experimental studies of flow in a radial flow moving bed reactor (RFMBR) were carried out. In this type of reactor, there is an upper limit of the gas flow rate imposed by a mechanical phenomenon called "pinning". "Pinning" is when the catalyst particles are pinned against the center pipe due to high gas velocity. In this work experimental investigations of the hydrodynamics of a moving bed reactor were carried out. Experiments were carried out using four different solids. A range of size, density, and sphericity was used. It was found that pinning is a function of the intensity of the gas inlet jet and the geometry of the inlet chamber. A diffused rather than a jet inlet was found to allow a larger gas rate to be used without experiencing pinning. The size and density of the solid particles were found to influence the pinning phenomenon. The larger the size and/or the density, the better it is to resist pinning. Results obtained using CFD simulation of a radial flow moving bed reactor confirmed many of the industrial findings especially the effect of gas flow rate on pinning.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 2004
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Kareeri, Aqeel Ahmad
Committee Advisor:Al-Ali, Habib H.
Committee Members:Al-Baghli, Nadhir A. and Zughbi, Habib D. and Al-Mubaiyedh, Usamah A. and Al-Shalabi, M. A.
ID Code:10532
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:07
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page