A lab scale distillation experiment is conducted with small size packing used in lab scale multi-tray distillation equipment for the performance evaluation of distillation system. A sufficient surface are yielded with 6.7 mm cylindrical packings made of stainless steel, and a good liquid holdup and residence time are resulted. The comparison between the theoretical tray from the HYSYS and the experimental distillation outcome indicates that a 7 cm HETP from 27 cm packing height and a 8 cm HETP from 45 cm packing height are obtained. Comparing with the 8 cm HETP of commercial structured packing shows a similar experimental results obtained here. The 7 cm HETP is available with a complete insulation, and the importance of the insulation is proved. The results of this study indicates that a practical distillation column used in field can be tested in lab.
Size and shape of carbon nanotube (CNT) agglomerates in the dilute phase of a bubbling fluidized bed ($0.15m\;i.d{\times}2.6m\;high$) have been determined by the laser sheet technique. Axial solid holdup distribution of the CNT particles showed S curve with dense phase and dilute phase in bubbling fluidization regime. Heywood diameter and Feret diameter of the CNT agglomerates in the dilute phase of bubbling fluidized bed increased with increasing gas velocity. The CNT particle number in the agglomerates increased with increasing of gas velocity. Aspect ratio increased and circularity, roundness and solidity decreased with increasing of gas velocity. A possible mechanism of agglomerates formation was proposed based on the obtained information.
This study was conducted to find the capability of comparison of overall oxygen transfer coefficient in the membrane coupled high performance reactor (MPHCR) in treating high organic loading wastewater. Effluent quality had been analyzed while the influent organic loading rate was changed from 2 to $7kg\;COD/m^3{\cdot}day$. The oxygen transfer coefficients had been investigated using two-phase nozzle for operating variables which were internal circulation flowrate (5~8 L/min), air flow rate (0.0125~0.2 L/min), liquid temperature ($10{\sim}20^{\circ}C$), and pure-oxygen flow rate (0.0125~0.2 L/min). The overall oxygen transfer coefficient was increased with flowrate of internal circulation and air and high temperature. Especially, internal circulation flow rate showed distinct effect on overall oxygen transfer coefficient due to an increase of gas holdup and air-liquid contract area by two-phase nozzle. In the high range of organic loading rate from 4 to $7kg\;COD/m^3{\cdot}day$, the removable efficiency of COD was 91%. Conventional activated sludge process usually treat organic loading from 0.32 to $0.64kg\;COD/m^3{\cdot}day$ however, the MPHCR can treat 10 to 20 times higher if it would be compared to the conventional activated sludge process. Foaming problem often happened and caused biomass wash out of the reactor, therefore, the foaming should be controlled for the enhanced operation.
Effects of operating variables on the conversion of the formation reaction of meta boric acid from ortho boric acid in a laboratory-scale bubble column reactor were investigated to obtain the basic data which are indispensable for the design, scale-up, control, development and operation of industrial bubble column reactors. Reaction time and pressure, particle size of reactant and gas flow rate were chosen as experimental variables. Effects of the experimental variables on the gas holdup in the bubble column reactor were also discussed in relation to the conversion of reaction. From the results of this study, the optimum conditions were drawn as follows : Reaction time ; 35~40(min), reaction pressure ; 92~95(kPa), particle size ; under $0.6{\times}10^{-3}(m)$, gas flow rate ; 0.07~0.08(m/s).
Biological treatment is promising alternative to conventional air pollution control method. Bioreactors for air pollution control have found most of their success in the treatment of dilute and high flow waste air streams containing volatile organic compounds and odor. The studies of mass transfer in biotrickling filters for air pollution control were of importance in order to control and optimize the purification process. The objectives of this study were to develop the experimental methodologies to evaluate the mass transfer coefficients of gas/liquid(trickling liquid), gas/solid(biomass) and liquid/solid in three phase biotrickling filtration. Also, this study characterized the influence factors on mass transfer such as dynamic holdup volume, gas/liquid flow rate ratio, biomass weight in reactor and recirculation rate of trickling medium for each phase of biotrickling filter.
Kim, Kwang-Rag;Chung, Hong-Suck;Sung, Ki-Woung;Kim, Yong-Eak;Lee, Kun-Jae
Nuclear Engineering and Technology
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v.18
no.2
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pp.107-116
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1986
The steady and unsteady state models were established for the performance analysis and design of heavy water distillation columns packed with corrugated wire mesh. After the steady state model was derived with pressure drops, separated D$_2$O concentration and temperature profiles and pressure gradients in the column were obtained by solving MESH equations with equation tearing method. For the analysis of unsteady state behavior, the equilibrium stage transient model deduced from modifying the Cohen's ideal cascade equation was used to predict the concentration change of heavy water with time. These models were in good agreement with the experimental results of heavy water distillation at total reflux. And the newly developed packing material turned out to be very efficient separation device for very small HETP, pressure drop and holdup.
Lee, See Hoon;Kim, Dong Won;Lee, Jong Min;Bae, Yong Chae
Korean Chemical Engineering Research
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v.57
no.6
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pp.853-860
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2019
In order to meet more severe environmental regulations, oxy-fuel circulating fluidized bed(CFB) boilers or ultra supercritical CFB boilers, which are a kind of process in that solid particles moves similar to fluid, have been developed in the world. In CFB power generation processes, the method to reduce or remove sulfur dioxide is in-situ desulfurization reaction via limestone directly injected into CFB boilers. However, the desulfurization efficiencies have continuously changed because limestones injected into CFB boilers are affected by various operation conditions (Bed temperature, pressure, solid circulating rate, solid holdup, residence time, and so on). In this study, a prediction method with physical and chemical properties of limestone and operation conditions of CFB boiler for in-situ desulfurization reaction in CFB boilers has developed by integrating desulfurization kinetic equations and hydrodynamics equations for CFB previously published. In particular, the prediction equation for in-situ desulfurization was modified by using experimental results from desulfurization reactions of various domestic limestones.
Annular flow refers to a special type of two-phase flow pattern in which liquid flows as a thin film at the periphery of a pipe, tube, or conduit, and gas with relatively high velocity flows at the center of the flow section. This gas also includes dispersed liquid droplets. The liquid film flow rate continuously changes inside the tube due to two processes-entrainment and deposition. To determine the liquid holdup, pressure drop, the onset of dryout, and heat transfer characteristics in annular flow, it is important to have proper knowledge of flow characteristics. Especially a better understanding of entrainment fraction is important for the heat transfer and safe operation of two-phase flow systems operating in an annular two-phase flow regime. Therefore, the objective of this work is to develop a computational model for the simulation of the annular two-phase flow regime and assess the various existing models for the entrainment rate. In this work, Computational Fluid Dynamics (CFD) in ANSYS FLUENT has been applied to determine annular flow characteristics such as liquid film thickness, film velocity, entrainment rate, deposition rate, and entrainment fraction for various gas-liquid flow conditions in a vertical upward tube. The gas core with droplets was simulated using the Discrete Phase Model (DPM) which is based on the Eulerian-Lagrangian approach. The Eulerian Wall Film (EWF) model was utilized to simulate liquid film on the tube wall. Three different models of Entrainment rate were implemented and assessed through user-defined functions (UDF) in ANSYS. Finally, entrainment for fully developed flow was determined and compared with the experimental data available in the literature. From the simulations, it was obtained that the Bertodano correlation performed best in predicting entrainment fraction and the results were within the ±30 % limit when compared to experimental data.
Kang, Yong;Lee, Kyung Il;Shin, Ik Sang;Son, Sung Mo;Kim, Sang Done;Jung, Heon
Korean Chemical Engineering Research
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v.46
no.3
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pp.451-464
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2008
Three-phase inverse fluidized bed has been widely adopted with its increasing demand in the fields of bioreactor, fermentation process, wastewater treatment process, absorption and adsorption processes, where the fluidized or suspended particles are small or lower density comparing with that of continuous liquid phase, since the particles are frequently substrate, contacting medium or catalyst carrier. However, there has been little attention on the three-phase inverse fluidized beds even on the hydrodynamics. Needless to say, the information on the hydrodynamics and transport phenomena such as heat and mass transfer in the inverse fluidized beds has been essential for the operation, design and scale-up of various reactors and processes which are employing the three-phase inverse beds. In the present article, thus, the information on the three-phase inverse fluidized beds has been summarized and reorganized to suggest a pre-requisite knowledge for the field work in a sense of engineering point of view. The article is composed of three parts; hydrodynamics, heat and mass transfer characteristics of three-phase inverse fluidized beds. Effects of operating variables on the phase holdup, bubble properties and particle fluctuating frequency and dispersion were discussed in the section of hydrodynamics; effects of operating variables on the heat transfer coefficient and on the heat transfer model were discussed in the section of heat transfer characteristics ; and in the section of mass transfer characteristics, effects of operating variables on the liquid axial dispersion and volumetric liquid phase mass transfer coefficient were examined. In each section, correlations to predict the hydrodynamic characteristics such as minimum fluidization velocity, phase holdup, bubble properties and particle fluctuating frequency and dispersion and heat and mass transfer coefficients were suggested. And finally suggestions have been made for the future study for the application of three-phase inverse fluidized bed in several available fields to meet the increasing demands of this system.
Kim, Suyoung;Won, Geunhye;Lee, Min Ji;Kim, Sung Won
Korean Chemical Engineering Research
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v.60
no.4
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pp.535-543
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2022
A CPFD (Computational particle fluid dynamics) model of solar fluidized bed receiver of silicon carbide (SiC: average dp=123 ㎛) particles was established, and the model was verified by comparing the simulation and experimental results to analyze the effect of particle behavior on the performance of the receiver. The relationship between the heat-absorbing performance and the particles behavior in the receiver was analyzed by simulating their behavior near bed surface, which is difficult to access experimentally. The CPFD simulation results showed good agreement with the experimental values on the solids holdup and its standard deviation under experimental condition in bed and freeboard regions. The local solid holdups near the bed surface, where particles primarily absorb solar heat energy and transfer it to the inside of the bed, showed a non-uniform distribution with a relatively low value at the center related with the bubble behavior in the bed. The local solid holdup increased the axial and radial non-uniformity in the freeboard region with the gas velocity, which explains well that the increase in the RSD (Relative standard deviation) of pressure drop across the freeboard region is responsible for the loss of solar energy reflected by the entrained particles in the particle receiver. The simulation results of local gas and particle velocities with gas velocity confirmed that the local particle behavior in the fluidized bed are closely related to the bubble behavior characterized by the properties of the Geldart B particles. The temperature difference of the fluidizing gas passing through the receiver per irradiance (∆T/IDNI) was highly correlated with the RSD of the pressure drop across the bed surface and the freeboard regions. The CPFD simulation results can be used to improve the performance of the particle receiver through local particle behavior analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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