The phase holdup characteristics of two(gas-liquid, liquid-solid) and three(gas-liquid-solid) phase fluidized beds have been studied in a 15cm diameter fluidized bed.
Air and water were used as gas and liquid phase throughout the study, and three different sized glass balls were employed for uniform and mixed particle systems.
The effects of gas velocity (0-12 cm/sec), liquid velocity (0-14 cm/sec), particle size (1.631, 2.916 and 7.850 mm) and particle weight fractions on the individual phase holdups and bed expansion were measured.
Individual phase holdups were measured using a pressure profile technique. In the beds of mixed particles, the phase holdups were determined for the beds with no particle segregations.
In three-phase beds of monosized particles, the liquid holdup increased with increasing liquid velocity and with decreasing particle size, whereas it decreased with increasing gas velocity. However, gas holdup increased with increasing particle size and gas velocity, and was nearly independent of liquid velocity.
In the beds of mixed particles, the bed contraction or expansion phenomena, which could be observed in the beds of monosized particles, did not prevail at the same experimental conditions.
The variation of bed porosity and liquid holdup showed minimum depending on the weight fraction change of the component particles.
The minimum fluidization velocity of the mixed particle system was lower than that of the large component particles.
Correlations of the phase holdups which can be applicable to both monosized and mixed particle systems were given for the individual phase holdups as follows ;
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이상 (기체 - 액체, 액체 - 고체) 및 삼상 (기체 - 액체 - 고체) 유동층의 수력학적 성질을 직경 15 의 유동층 반응기에서 연구 하였다.
실험에서 기체로는 공기, 액체로는 물을 각각 사용 하였으며, 서로 크기가 다른 3종류의 유리구를 균일계 및 혼합계의 고체입자로 사용하였다.
기체 유속 (0 - 12 cm/sec), 액체 유속 (0-14 cm/sec), 고체 입자의 크기 (1.631 및 2.916 및 7.350 mm) 및 입자의 무게 분율의 변화에 따른 각상의 체유량 및 층 팽창에 대한 영향이 측정되었다.
각상의 체유량은 압력 프로파일 기법에 의하여 측정되었으며, 혼합 고체계에 대해서는 유동층 내에서 입자 분리가 일어나지 않는 경우에 대하여 실험하였다.
기체 - 액체계에서는, 기체 체유량은 기체 유속이 증가함에 따라 증가하였으나, 작은 효과이지만 액체 유속이 증가함에 따라 감소 하였다.
균일한 입자를 사용한 삼상 유동층에서 액체 체유량은 액체 유속의 증가 및 입자 크기의 감소에 따라 증가하였으나 기체 유속의 증가에 따라서는 감소 하였다. 그러나 기체 체유량은 입자크기 및 기체 유속을 증가시킴에 따라서 증가하였고, 액체 유속에서는 거의 무관하였다.
작은 직경의 고체를 사용한 경우 (1.631 mm), 층높이는 적은 양의 기체를 주입함에 따라 감소하였는 반면, 큰 직경의 고체를 사용한 경우 (7.850 mm), 그 반대의 경향을 관찰할 수 있었다. 2.916 mm 입자를 사용한 유동층에서는 그 중간적인 현상, 즉 일정 액체 유속하에서 기체 유속을 증가시킴에 따라 층 높이가 일단 증가했다가 감소하는 경향을 관찰할 수 있었는데, 이 현상은 기체 및 액체의 유속에 민감하게 변하였다.
혼합 입자를 사용한 유동층에서는 균일한 입자를 사용한 경우와 동일한 실험 조건하에서 유동층 높이는 반드시 증가하거나 감소 하지는 않았다. 예를들어 1.631 mm 와 2.916 mm 입자들을 50% 무게비로 혼합한 입자계를 사용한 유동층 및 1.631 mm 와 7.850 mm 입자들을 30% 무게비로 혼합한 입자계를 사용한 유동층 에서는 층공극률 즉 층높이는 기체 유속을 증가시켰음에도 불구하고 거의 변화를 보이지않는 경우를 관찰할 수 있었다.
또한 층공극률 및 액체 체유량은 입자무게분율 변화에 따라 최소치가 존재함을 알 수 있었다. 이러한 현상은 두입자들의 직경비가 클 때 더욱 심하였다. 그러나 기체 체유량은 일정하지 않은 경향을 보였다.
입자들의 분리나 혼합은 기체 기포 존재하의 액체 wake 에 의하여 일어나며, 작은 직경비의 입자들을 사용한 경우에는 유동층 내에서의 입자 분리가 무시할만 하였으나 입자 직경비가 큰입자들을 사용한 경우에는 입자분리가 기체와 액체 유속변화 및 입자 무게분율의 변화에 민감하게 변하였다. 따라서 큰 입자의 무게분율이 증가함에 따라, 입자분리의 범위는 더욱 커졌다. 혼합 입자계의 최소 유동화 속도는 그중 큰 입자만을 사용한 유동층의 최소 유동화 속도보다 훨씬 낮음을 알 수 있었다.
층공극률 및 액체 체유량의 데이타는 하모닉 평균 직경을 사용하여 액체상의 Froude number, 기체상의 Froude number및 액체상의 Reynclds number 의 함수인 무차원 실험식으로 표현 할 수 있었다. 즉,
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요)
이 식들은 균일 입자계나 혼합입자계에 모두 적용 가능 하다.
