Draft tube circulators have been used in various industrial processes. They contain an inner tube located inside the reactor. 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 measure 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 reactor OKTOP®6000, which is part of the Outotec reactor family. / 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. Sisäputken 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 virtausominaisuuksia 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 kierrosmäärillä 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 otettujen näytteiden avulla.
Virtausmittausten ja -simulointien perusteella voidaan sanoa, että virtaus reaktorissa on hyvin turbulenttinen ja virtausprofiili vaihtelee eri ajanhetkillä. Reaktorin pohjaan muodostuu pyörteitä kun sisäputkesta tuleva virtaus muuttaa suuntaa. Virtaus kohti reaktorin yläosaa on hyvin sykkivää. Kiintoainekokeiden perusteella nähtiin, että hiekka pysyi liikkeessä 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 suunnittelussa.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:oulo.fi/oai:oulu.fi:nbnfioulu-201406191772 |
| Date | 23 June 2014 |
| Creators | Honkala, E. (Elina) |
| Publisher | University of Oulu |
| Source Sets | University of Oulu |
| Language | English |
| Detected Language | Finnish |
| Type | info:eu-repo/semantics/masterThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, © Elina Honkala, 2014 |
Page generated in 0.012 seconds