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Assessment of scale-up designs for a diameter-transformed fluidized bed reactor with MP-PIC simulation
Chemical Engineering Science ( IF 4.1 ) Pub Date : 2024-11-14 , DOI: 10.1016/j.ces.2024.120904 Yanyan Xie, Fei Li, Bona Lu, Youhao Xu, Wei Wang
Chemical Engineering Science ( IF 4.1 ) Pub Date : 2024-11-14 , DOI: 10.1016/j.ces.2024.120904 Yanyan Xie, Fei Li, Bona Lu, Youhao Xu, Wei Wang
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Scale-up has always been the bottleneck to the development of new industrial processes. This study aims to assess the scale-up effects of a diameter-transformed fluidized bed (DTFB) reactor through three-dimensional, multi-phase particle-in-cell (MP-PIC) simulation with the Energy-Minimization Multi-Scale (EMMS) drag and solid stress model. Four 3.5 Mt/a DTFB reactors are designed by scaling up a 1.2 Mt/a one with different scale-up schemes and simulated after validation. It is found the Glicksman’s rule shows the most similarity in solid concentration distribution to the benchmark case while the FixedOperation rule under-predicts the solid concentration, meaning that only keeping constant U g and G s cannot guarantee the same distribution of solid concentration when scaling up the fast fluidized bed. In addition, all four scale-up designs ensure the same gas velocity, yet they exhibit varying solid velocities throughout the scale-up process. A more rational scale-up rule is required for the elaborate reactor scale-up.
中文翻译:
使用 MP-PIC 模拟评估直径变换流化床反应器的放大设计
放大生产一直是新工业流程发展的瓶颈。本研究旨在通过三维、多相胞中颗粒 (MP-PIC) 模拟和能量最小化多尺度 (EMMS) 阻力和固体应力模型来评估直径变换流化床 (DTFB) 反应器的放大效应。通过放大一个具有不同的放大方案的 1.2 Mt/a 反应器来设计四个 3.5 Mt/a DTFB 反应器,并在验证后进行模拟。研究发现,Glicksman 规则与基准情况的固体浓度分布最相似,而 FixedOperation 规则低估了固体浓度,这意味着在扩大快速流化床时,仅保持恒定的 Ug 和 Gs 不能保证固体浓度分布相同。此外,所有四种放大设计都确保了相同的气体速度,但它们在整个放大过程中表现出不同的固体速度。精心设计的反应器放大需要一个更合理的放大规则。
更新日期:2024-11-14
中文翻译:

使用 MP-PIC 模拟评估直径变换流化床反应器的放大设计
放大生产一直是新工业流程发展的瓶颈。本研究旨在通过三维、多相胞中颗粒 (MP-PIC) 模拟和能量最小化多尺度 (EMMS) 阻力和固体应力模型来评估直径变换流化床 (DTFB) 反应器的放大效应。通过放大一个具有不同的放大方案的 1.2 Mt/a 反应器来设计四个 3.5 Mt/a DTFB 反应器,并在验证后进行模拟。研究发现,Glicksman 规则与基准情况的固体浓度分布最相似,而 FixedOperation 规则低估了固体浓度,这意味着在扩大快速流化床时,仅保持恒定的 Ug 和 Gs 不能保证固体浓度分布相同。此外,所有四种放大设计都确保了相同的气体速度,但它们在整个放大过程中表现出不同的固体速度。精心设计的反应器放大需要一个更合理的放大规则。