Showing papers in "Canadian Journal of Chemical Engineering in 1998"

The kinetics of sorption of basic dyes from aqueous solution by sphagnum moss peat

Abstract: The kinetics of sorption of three basic dyes, namely, Chrysoidine (BO2), Astrazon Blue (BB3) and Astrazone Blue (BB69) onto sphagnum moss peat have been investigated. The study focuses on the application of three sorption kinetic models for predicting the uptake of basic dyes. The sorption behaviour is found to be second order, based on the assumption of a pseudo-second order mechanism. The rate constant of sorption, the equilibrium capacity and initial sorption rate with the effect of various peat doses and initial dye concentrations have also been predicted.

Drop break‐up in intermittent turbulence: Maximum stable and transient sizes of drops

Abstract: A multifractal method describing the fine-scale structure of turbulence, including its intermittency, is applied to derive the drop breakage functions for drops whose diameter falls within the inertial subrange of turbulence, including effects of the viscosity of the dispersed phase The model predicts well the transient drop size distributions of dispersions undergoing breakage at long stirring times Concepts of quasi-stable and asymptotically stable drop sizes are presented and discussed in relation to the exponent on the Weber number The functions for drop break-up in the viscous subrange are proposed and discussed On applique une methode multifractale decrivant la structure fine de la turbulence, incluant son intermittence, afin de calculer les fonctions de rupture des gouttes a partir de gouttes dont le diametre correspond au sous-domaine inertiel de turbulence, incluant les effets de la viscosite de la phase dispersee Le modele predit convenablement les distributions de tailles de gouttes transitoires des dispersions subissant une rupture a des temps de melange longs Des concepts de tailles de gouttes quasi stables et asymptotiquement stables sont presentes et examines par rapport a l'exposant du nombre de Weber Les fonctions pour la rupture des gouttes dans le sous-domaine visqueux sont proposees et analysees

Numerical investigation of the performance of several static mixers

Abstract: The performance of six static mixer (Kenics, Inliner, LPD, Cleveland, SMX and ISG) are compared using 3D numerical simulations in laminar creeping flow regime. Numerical pressure drop results are tested against experimental ones, showing overall a good agreement. Besides pressure drop, four criteria (extensional efficiency, stretching, mean shear rate and intensity of segregation) are chosen to compare the static mixers. It appears that Kenics, Inliner, LPD and Cleveland mixers are rather similar. The ISG mixer seems better than this first group of mixers, but pressure drop is too high compared to other advantages. From our numerical results, SMX appears to be the most efficient of the six compared static mixers.

Turbulence in stirred tanks: Anisotropic, approximate, and applied

Abstract: Over the last ten years, many ways of characterizing the turbulence in stirred tanks have been proposed, and the importance of the local rate of dissipation of turbulent kinetic energy (ϵ) to various processes has been clarified. In this paper, our understanding of the role of ϵ is examined for the blend time of miscible fluids, for drop break-up, for reactor design, for cell damage in bioreactors, for gas dispersion, for crystallization, and for flocculation and coagulation. The conceptual difficulties inherent in approximate measurements of ϵ are discussed with examples and background theory. Particular attention is paid to the various length and time scales present in the tank, the anisotropic nature of the flow field, and the effect of organized structures on turbulence measurements. Progress in the area over the last ten years is reviewed in the context of these limitations.

Determination of correlations to predict the minimum agitation speed for complete solid suspension in agitated vessels

Abstract: Experiments were conducted to determine the effects of impeller clearance, impeller diameter, and other operating variables on the minimum agitation speed for off-bottom solid suspension in agitated vessels, Njs, for disc turbines (DTs) and flat-blade turbines (FBTs). Only data for which the impellers produced recirculation flows above and below the impeller (the so-called “double-eight” flow pattern) were considered. Regression equations for Njs were obtained, in which explicit terms for impeller clearance and vessel diameter-to-impeller diameter ratio (T/D) were included. Modified Zwietering equations (Zwietering, 1958) were also obtained, in which Zwietering's parameter S was mathematically expressed as a function of vessel diameter-to-impeller clearance ratio and T/D ratio. When used together with the correlations of Armenante and Uehara Nagamine (1998) for impellers close to the vessel bottom, the equations presented here can be used to calculate Njs for DTs and FBTs for any typical impeller clearance.

Gas—liquid mixing studies with multiple up‐ and down‐pumping hydrofoil impellers: Power characteristics and mixing time

Abstract: Des turbines a ecoulement axial munies de pales profilees, APV-B2, p. ex. B2-30 et B2-45 (angle d'attaque des lames de 30° et 45°), ont ete recemment concues principalement pour utilisation en mode de pompage ascendant, et de nouveaux resultats sont presentes pour des configurations de turbines simples, doubles ou triples en regime d'ecoulement turbulent. Les resultats sont compares a ceux de doubles turbines Lightnin A-315 en mode de pompage descendant tel qu'on les utilise traditionnellement et de doubles turbines Rushton a ecoulement radial. Les nombres de puissance en l'absence de gaz des APV-B2 sont faibles, ce qui permet d'utiliser ces turbines a de larges rapports de diametre turbine-reservoir. La diminution du rapport P g /P est plus faible dans toutes les combinaisons de turbines APV-B2, comme les turbines simples, doubles et triples par exemple, comparativement aux autres configurations testees. Les fluctuations de couple sont inferieures a celles des turbines a pales profilees simples ou doubles a ecoulement axial et en mode de pompage descendant. Les temps de melange mesures au moyen d'une technique de decoloration pour des configurations de turbines APV-B2 doubles ou triples dans des conditions non aerees ou aerees, montrent que les temps de melange sont plus courts que ceux de la turbine Rushton double et similaires a ceux trouves pour les turbines A-315 doubles en mode de pompage descendant. Les caracteristiques de melange et les modes d'ecoulement detailles sont egalement analyses pour les turbines APV-B2 doubles et triples.

Bubble size and mass transfer coefficients in dual‐impeller agitated reactors

Abstract: The study relates to the mass transfer and the bubble size in a non standard vessel equipped with various dual-impeller combinations. The effects of the rotational speed, gas flow rate, impeller type and diameter are investigated. The volumetric mass transfer coefficient kLa and the bubble size dbs were studied. The liquid side mass transfer coefficient kL and the volumetric interfacial area a were estimated separately. A comparison has been made with some existing correlations. L'etude porte sur l'etude de la taille et la distribution de la taille des bulles ainsi que le transfert de matiere gaz-liquide dans des systemes equipes de deux mobiles d'agitation. Les effets de la vitesse d'agitation, du debit gazeux et du type d'agitateur ont ete mis en evidence. Le coefficient de transfert de matiere volumetrique kLa et la taille des bulles dbs ont ete estimes. Le coefficient de transfert de matiere cǒte liquide kL et l'aire interfaciale a ont ete estimes separement. Les resultats ont ete compares avec des correlations existantes dans la litterature.

Validation of CFD simulations of a stirred tank using particle image velocimetry data

Abstract: Methods for validating CFD simulations based on the Reynolds Average Navier-Stokes equation (RANS) against Particle Image Velocimetry (PIV) measurements are investigated and applied to one of the most common problems in the chemical process industry — the prediction of flow field in a stirred vessel. A total of 1024 sequential instantaneous 2D velocity fields along the central axial plane of a stirred vessel with a P-4 axial impeller are obtained through PIV measurement. From the PIV data, the mean velocity, turbulent kinetic energy, Reynolds stresses and dissipation rate fields are extracted. By introducing several tools to quantify the similarities and differences between two-dimensional fields, CFD predictions of the flow field are validated against PIV data. Furthermore, using PIV and LDV data, the effect of boundary conditions on CFD simulation results is examined. The effect of different Reynolds stress closures on the flow prediction is also studied.

Non‐isothermal micromixing in turbulent liquids: Theory and experiment

Abstract: La segregation partielle des reactifs survient quand les vitesses de reaction excedent les vitesses de melange et rend frequemment les distributions de produit dependantes du melange. Une segregation induite simultanement par la temperature, pour laquelle la temperature dans une zone de reaction differe de celle de son environnement, n'a ete que tres partiellement consideree lors du melange de reactifs dans la phase liquide. Le nombre de Prandtl est habituellement suffisamment petit pour que l'engloutissement, et non la conduction thermique, determine la temperature locale. Le modele d'engloutissement du micromelange peut alors etre etendu par un bilan de chaleur pour specifier cette temperature. Pour evaluer ce modele, une nouvelle paire de reactions competitives rapides (neutralisation et hydrolyse d'acetale) a ete caracterisee de maniere thermochimique et cinetique. On a employe un calorimetre RC1 Mettler dans des conditions isothermes et adiabatiques avec diverses vitesses d'agitateur, et du HCl a ete lentement ajoute au melange de NaOH et 2,2-dimethoxypropane. Les rendements de l'hydrolyse mesures se comparent assex bien au modele d'engloutissement etendu, bien que la segregation thermique soit peu marquee. Elle est egalement de peu d'importance dans d'autres systemes de reaction (neutralisation simultanee et hydrolyse des esters; couplage diazoique) employes anterieurement pour etudier le micromelange. On fait des suggestions pour poursuivre le travail.

Phase inversion studies in liquid‐liquid dispersions

Abstract: A study of the phase inversion behavior of liquid-liquid dispersions in stirred vessels is performed for liquids of various physical properties at various operating conditions. Physical parameters studied are density (867 to 1180 kg/m3), viscosity (0.00096 to 0.00378 Pa·s), and interfacial tension (0.0089 to 0.0323 N/m). Ambivalence region plots are presented and compared with results reported in the literature. Experiments are performed to examine the effects of impeller type and impeller-to-tank diameter ratio (D/T) on the ambivalence behavior. Also, phase inversion time experiments are performed to investigate the time required for complete phase inversion under various dynamic conditions. The traditional method of plotting the organic phase volume fraction at phase inversion against the agitation speed at that condition is compared with the method of plotting the initially dispersed phase volume fraction at phase inversion against the agitation speed at that condition. A hysteresis phenomenon is shown in phase inversion from O/W to W/O and W/O to O/W dispersions. Also, it is shown that, depending on the physical properties of the dispersed and continuous phases, phase inversion may occur when the agitation speed is increased or decreased. On a mene une etude du comportement d'inversion de phases de dispersions liquide-liquide dans des reservoirs agites pour des liquides aux proprietes physiques diverses et dans differentes conditions de fonctionnement. Les parametres physiques etudies sont la masse volumique (867 a 1180 kg/m3), la viscosite (0,00096 a 0,00378 Pa·s) et la tension interfaciale (0,0089 a 0,0323 N/m). Des releves des regions d'ambivalence sont presentes et compares aux resultats de la litterature scientifique. Des experiences sont menees afin d'examiner les effets du type de turbine et du rapport du diametre de la turbine au diametre du reservoir (D/T) sur le comportement d'ambivalence. De měme, des experiences sur les temps d'inversion de phase sont menees pour etudier le temps requis pour une inversion de phase complete dans des conditions dynamiques variees. La methode traditionnelle de trace de la fraction volumique de la phase organique a l'inversion de phase par rapport a la vitesse d'agitation a cette condition est comparee a la methode de trace de la fraction volumique de phase dispersee initiale a l'inversion de phase par rapport a la vitesse d'agitation a cette condition. Un phenomene d'hysterese est montre dans l'inversion de phase des dispersions O/W a W/O et W/O a O/W. On montre egalement que, selon les proprietes physiques des phases dispersee et continue, l'inversion de phase peut survenir lorsque la vitesse d'agitation est augmentee ou diminuee.

Experimental and numerical characterization of viscous flow and mixing in an impinging jet contactor

Abstract: The laminar flow in an impinging jet contactor is examined as a first step toward the development of new technology for fast mixing of viscous fluids. The flow, velocity, and stretching fields in an impinging jet contactor are quantified for low Reynolds number flow using three-dimensional numerical simulations and particle image velocimetry measurements. Computational and experimental velocity fields are in close agreement, as quantified by the velocity probability density functions. Two steady-state flow regimes are found to exist: for jet Reynolds numbers (Rej) 10, the jets begin to impinge and recirculation regions form above and below the impingement point. The magnitude of the rate-of-strain tensor is calculated as a function of Rej. While areas of essentially zero stretching occupy most of the flow domain, very high rates of stretching occur at specific locations in the flow. The maximum and average rates of stretching in the contactor increase roughly linearly as a function of Reynolds number. Mixing simulations show that no mixing occurs for the steady flow in a symmetric-jet contactor. However, mixing is improved substantially by a slight modification of the impinging jet geometry that disrupts geometric symmetry. On examine l'ecoulement laminaire dans un contacteur a jets entrant en collision comme premiere etape vers le developpement d'une nouvelle technologie pour le melange rapide de fluides visqueux. Les champs d'ecoulement, de vitesse et d'etirement dans un contacteur a jets entrant en collision sont quantifies pour un ecoulement a faible nombre de Reynolds a l'aide de simulations numeriques tridimensionnelles et de mesures de velocimetrie par imagerie de particules. Les champs de vitesse calcules par ordinateur et experimentaux sont quantitativement proches, tels que le montrent les fonctions de densite de probabilite de vitesse. On a trouve qu'il existait deux regimes a l'etat permanent: pour des nombres de Reynolds de jets (Rej) 10, les jets commencent a se heurter et des regions de recirculation se forment audessous et sous le point d'impact. La grandeur du tenseur vitesse de deformation est calculee en fonction de Rej. Les zones d'etirement quasi nul occupent la plupart du domaine d'ecoulement, mais de tres grandes vitesses d'etirement existent a des endroits specifiques. Les vitesses d'etirement maximales et moyennes dans le contacteur augmentent a peu pres lineairement en fonction du nombre de Reynolds. Des simulations de melanges montrent qu'aucun melange ne se produit pour l'ecoulement en regime permanent dans un contacteur a jets symetriques. Toutefois, le melange est sub-stantiellement ameliore par une legere modification de la geometrie des jets qui romp la symetrie.

Ethanol‐water pulping: Cooking variables optimization

Abstract: The ethanol-based pulping of Eucalyptus globulus by the ALCELL® process was studied to determine the optimum cooking conditions In the first set of experiments the influence of chip size, chip impregnation, liquor-to-wood ratio and cooking additives was studied Once the more convenient values for these variables were established according to kappa number, yield and viscosity, a surface response method was used to determine the influence of cooking temperature, cooking time and ethanol concentration on autocatalyzed pulping process The developed models indicate that a high screened pulp yield (56%) and acceptable kappa number (23) and viscosity (1030 mL/g) can be obtained when cooking conditions are around 185°C, 110 min and 50% of ethanol

Pumping, spraying, and mixing of fluids by electric fields

Abstract: The mechanism of electrostatic spraying of insulating fluids, such as air or organic solvents, into relatively conductive fluids, such as water, is investigated in this work. Experiments with air sprayed into water through an electrified capillary showed that the pressure inside the capillary increases, reaches a maximum, and then decreases as the applied voltage is increased. The initial pressure increase is due to the electric stress on the fluid interface, while the decrease is due to the Coulombic electrohydrodynamic flow generated near the end of the capillary. It is shown that electric fields can cause simultaneous pumping, spraying, and mixing of fluids. This phenomenon is demonstrated for air and kerosene in water. On etudie dans ce travail le mecanisme de vaporisation electrostatique de fluides isolants, tels que l'air ou des solvants organiques, dans des fluides relativement conducteurs, tels que l'eau. Les experiences d'air vaporise dans l'eau dans un capillaire electrifie montre que la pression dans le capillaire augmente, atteint un maximum, puis diminue lorsqu'on augmente le voltage applique. L'augmentation de la pression initiale est due a la contrainte electrique sur l'interface du fluide, tandis que sa diminution est due a l'ecoulement electrohydrodynamique Coulombien induit pres de l'extremite du capillaire. On montre que les champs electriques peuvent causer un pompage, une vaporisation et un melange simultanes des fluides. Ce phenomene est demontre pour l'air et le kerosene dans l'eau.

Power consumption and mass transfer in agitated gas‐liquid columns: A comparative study

Abstract: Power consumption, gas holdup and oxygen mass transfer in agitated gas-liquid columns have been studied for an air-water system. Measurements have been carried out in a reciprocating plate reactor using five different types of perforated plates and in a stirred tank reactor with one, two and three Rushton turbines, a helical ribbon impeller with and without surface baffles. Each mixing vessel had an identical geometry with a working volume of 17 L. For reciprocating plate stacks, the gas holdup is a complex function of the perforation diameter, the frequency of agitation and the gas superficial velocity. For radial-type mixing devices, the gas holdup increases more rapidly with the speed of rotation for the helical ribbon. The power imparted to the fluid by the mixing device is independent of the gas superficial velocity for the plate stacks and the helical ribbon impeller for a given frequency or speed of agitation whereas it decreases for Rushton turbines. The correlation of the power consumption obtained for all mixing devices plotted against the reciprocating frequency or speed of rotation to the third power shows a linear fit. KLa values were correlated very well with the power input per unit volume and superficial gas velocity for all mixing devices. At lower power input per unit volume, KLa is a function of only the gas superficial velocity. At higher input power per unit volume, KLa increases rapidly with an increase in the intensity of agitation. Reciprocating plates with larger diameter perforations led to higher KLa values whereas the lowest KLa were obtained with the helical ribbon impeller. Correlations for one and three Rushton impeller assemblies were almost identical whereas measured KLa were much higher for the two-impeller assembly due to the presence of a highly mixed zone in the vicinity of the dissolved oxygen probe. La puissance consommee, la retention de gaz et le transfert d'oxygene dans une colonne agitee aeree ont ete etudies pour un systeme air-eau. Les mesures ont ete realisees dans un reacteur a plateaux a mouvement alternatif munis de cinq differents systemes de plateaux perfores. Pour le reacteur agite aere, ce sont des combinaisons de une, deux ou trois turbines Rushton ou d'un ruban helicoidal avec ou sans chicanes de surfaces qui ont ete evaluees. Les deux reacteurs ont une geometrie identique et un volume utile de 17 L. Pour les systemes de plateaux, la retention de gaz est une fonction complexe du diametre des perforations, de la frequence d'agitation et de la vitesse superficielle du gaz. Pour les systemes d'agitation de type radial, la retention de gaz augmente plus rapidement avec la vitesse de rotation pour le ruban helicoidal. La puissance fournie au fluide par le systeme d'agitation est independante de la vitesses superficielle de gaz pour les plateaux perfores et le ruban helicoidal pour une frequence ou une vitesse d'agitation donnee, tandis qu'elle diminue pour les turbines Rushton. La correlation de la puissance consommee obtenue pour tous les systemes d'agitation en fonction de la frequence d'agitation ou de la vitesse de rotation a la puissance trois est une regression lineaire. Les valeurs de KLa experimentales ont ete mises sous forme de correlations avec succes en fonction de la puissance par unite de volume et de la vitesse superficielle de gaz pour tous les systemes d'agitation. A faible puissance par unite de volume, le KLa est fonction uniquement de la vitesse superficielle de gaz pour tous les systemes d'agitaiton. A puissance par unite de volume eleve, le KLa augmente rapidement avec une augmentation de l'intensite d'agitation. Les plateaux avec un plus grand diametre de perforation entraǐnent des valeurs de KLa plus elevees tandis que les plus faibles KLa sont obtenus avec le ruban helicoidal. Les correlations obtenues pour les dispositifs utilisant une ou trois turbines Rushton sont presque identiques tandis que les valeurs de KLa obtenues a l'aide du dispositif muni de deux turbines Rushton sont plus elevees due a la presence d'une zone fortement agitee a proximite de la sonde d'oxygene dissous.

Kinetic models for non‐homogeneous complex systems with a time‐dependent rate constant

Abstract: This paper discusses a phenomenological kinetic model which describes the conversion of complex non-homogeneous systems. The model embodies the concept of a severity parameter as a descriptor of the extent of reaction of the complex system. Temperature, time and catalyst concentration are simply and conveniently regrouped in the definition of the severity parameter. The link between our model and formal kinetics can be made via a time-dependent rate constant. Such dependency expresses the concept that in a complex non-homogeneous system the chemical acts leading to reaction are first order processes constrained either by microstructural effects, diffusional limitations, geometric discontinuities, or in generic terms by fractal considerations. The observable effect is the change in reactivity with extent (or time) of reaction. Our approach permits to model such systems via a set of four key markers characteristic of the overall reaction. The development of the model, the significance of the markers and their application to the hydrolysis of lignocellulosic biomass as a case study are presented and discussed. Cet article presente un modele cinetique, de nature phenomenologique, qui decrit la conversion de systemes complexes non-homogenes. Le modele introduit la notion de parametre de severite en tant que descripteur du degre d'avancement de la conversion du systeme complexe en produits. Les variables temperature, temps et concentration de catalyseur se trouvent convenablement regroupees dans la definition du parametre de severite. Le lien entre notre modele et la cinetique formelle peut se faire par voie de la dependance de la constante cinetique avec le temps. La relation de dependance decoule de l'hypothese que dans un systeme complexe non-homogene, les etapes elementaires responsables des reactions chimiques, sont des processus de premier ordre assujettis a des contraintes microstructurelles, des limitations diffusionnelles, des discontinuites geometriques et, possiblement, des considerations d'ordre fractal. L'effet observable est le changement de reactivite avec l'avancement (c'est-a-dire, le temps) de la reaction. Notre approche permet de modeliser ces systemes par voie de quatre indicateurs caracteristiques de la reaction globale. Le developpement du modele, l'interpretation des indicateurs et leur application au cas de l'hydrolyse des matieres lignocellulosiques sont discutes.

Selective kinetic deactivation model for methanol synthesis from simultaneous reaction of CO2 and CO with H2 on a commercial copper/zinc oxide catalyst

Abstract: A kinetic model for the deactivation of copper/zinc oxide catalyst during the methanol synthesis has been developed. This model is of the Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson type and considers two types of active sites for the deactivation of catalyst. One of the site types on copper is allocated for the deactivation of the catalyst due to carbon dioxide while another type is assigned for the deactivation of the catalyst due to carbon monoxide. The parameters of the deactivation rate equations based on the above concept have been determined using the experimental data of Hoffmann (1993). The validity of the deactivation model has been checked by comparing the results predicted by the model with experimental data different than of those used to evaluate the parameters of the model. The good agreement that noticed in this comparison confirmed the idea that CO and CO2 are responsible at different extent for the deactivation of Cu/ZnO catalyst during methanol synthesis.

Solid‐liquid mass transfer coefficients in gas‐solid‐liquid agitated vessels

Abstract: The research on mass transfer coefficients in solid-liquid agitated systems has received substantial attention in the past, due both to the interest in fundamental aspects of mass transfer between particles and turbulent fluids and to the importance of practical applications. In contrast, little information is available on solid-liquid mass transfer when a third gaseous phase is also dispersed into the system, in spite of the importance of the applications of gas-solid-liquid agitated systems. In this work a suitable dissolution technique was used to measure the solid-liquid mass transfer coefficient in gas-solid-liquid vessels stirred by either radial or axial impellers. The mechanical power dissipated by the stirrers at various agitation speeds and gas flow rates was also measured by means of a new technique. The mass transfer data obtained were found to be well correlated to the 0.25 power of the specific power dissipation, indicating that the Kolmogorov's theory of mass transfer applies to these systems, while no clear influence of the gas hold-up was ascertained.

Cold enzyme hydrolysis of wheat starch granules

Abstract: Three α-amylase enzymes were used to hydrolyze wheat starch granules suspended in water below the gelatinization temperature. The rates of hydrolysis were determined at various temperatures, pH, enzyme and starch concentrations. Barley amylase was found to be the “best” enzyme when used at pH 4.5, 45°C and starch and enzyme concentrations of 30 and 8 mg/mL respectively. It was found that under these conditions, 98% of the starch granules were hydrolyzed in 3 hours, the same amount of time used in the industrial cooking process of soluble starch. Starch particles were observed to be attacked at specific points on the surface and then hydrolyzed from the inside-out. Some granules were hydrolyzed at a very fast rate with a first order rate constant estimated to be 40 h−1; but most granules were hydrolyzed slowly according to the Michaelis-Menten model and the best fit parameters were found to depend on enzyme type, pH and temperature. On a utilise trois enzymes α-amylase pour hydrolyser des granules d'amidon de ble suspendus dans l'eau sous la temperature de gelatinisation. Les vitesses d'hydrolyse ont ete determinees a des temperatures, pH et concentrations d'enzymes et d'amidon varies. On a trouve que l'amylase de l'orge etait lemeilleur enzyme lorsqu'il est utilise a un pH de 4,5, a 45° et a des concentrations d'amidon de 30 et 8 mg/mL, respectivement. On a trouve que dans ces conditions, 98% des granules d'amidon etaient hydrolyses en 3 heures, soit le meme temps utilise dans le procede de cuisson industriel de l'amidon soluble. On a remarque que les particules d'amidon etaient attaquees en des points specifiques de la surface puis qu'elles etaient hydrolysees de l'interieur vers I'exterieur. Certains granules ont ete hydrolyses a une vitesse tres rapide avec une constante de vitesse de premier ordre estimee a 40 h−1; toutefois, la pluspart des granules ont ete hydrolyses lentement selon le modele de Michaelis-Menten et on a trouve que les meilleurs parametres de calage dependaient du type d'enzyme, du pH et de la tempexsrature.

Evolution of the microstructure and rheology of O/W emulsions during the emulsification process

Abstract: This paper deals with the influence that the processing variables and the nature of the low-molecular-weight emulsifier used exert on the evolution of the droplet size distributions and linear viscoelasticity functions of concentrated oil-in-water emulsions during the emulsification process, and the way these variables affect the final characteristics of the emulsions. With this aim four different surfactants and two impeller geometries were used. Influences of the emulsification time, agitation speed and temperature of emulsification were studied. From the experimental results obtained, a correlation between the plateau modulus, a linear viscoelastic parameter related to the strength of the interdroplet interactions, and the volume diameter is proposed. On traite dans cet article de l'influence que les variables de procede et la nature des emulsifiants de faible poids moleculaire exercent sur l'evolution des distributions de tailles de gouttelettes et les functions de viscoelasticite lineaires d'emulsions concentrees d'huile dans l'eau lors du procede d'emulsification, en examinant egalement comment ces variables influent sur les caracteristiques finales des emulsions. Quatre surfactants differents et deux geometries de turbine ont ete employees. L'influence du temps d'emulsification, de la vitesse d'agitation et de la temperature d'emulsification ont ete etudiees. A partir des resultats experimentaux obtenus, on propose une correlation entre le module de plateau, un parametre viscoelastique lineaire relie a la force des interactions inter-gouttelettes et le diametre du volume.

Axial and lateral dispersion of fine particles in a binary-solid riser

Abstract: Axial and lateral mixing of fine particles in a binary-solid riser have been investigated using a phosphor tracer method. The measured bimodal residence time distribution (RTD) demonstrated two types of axial dispersions of the fines: the dispersion of discrete particles and that of clusters. A proposed one-dimensional, bimodal dispersion model describes the bimodal RTDs very well. The axial Peclet number of the fines is not sensitive to the fraction of coarse particles, gas velocity and solids circulation rate. Lateral solids dispersion was determined by measuring the solids RTD at different radii using a point source tracer injection. A two-dimensional dispersion model describes the measured RTDs satisfactorily. Lateral solids mixing decreased as coarse particles were added into the riser. Correlations of the axial and lateral Peclet numbers obtained fit the experimental data well. On a etudie le melange axial et lateeral de particules fines dans une colonne montante binaires-solides a l'aide d'une methode de tracage au phospore. La distribution du temps de sejour (DTS) bimodale mesuree illustre deux types de dispersions axiales des particules fines: la dispersion de particules discretes et la dispersion de grappes. On propose un modele de dispersion unidimensionnel bimodal qui decrit tres bien la DTS bimodale. Le nombre de Peclet axial des fins n'est pas sensible a la fraction des particules grossieres, a la vitesse du gaz et a la vitesse de circulation des solides. On a determine la dispersion laterale des solides en mesurant la DTS des solides a differents rayons a l'aide d'une injection de traceur ponctuelle. Un modele de dispersion bidimensionnel decrit les DTS de maniere satisfaisante. Le melange lateral des solides diminue avec l'ajout de particules grossieres dans la colonne. Des correlations obtenues pour les nombres de Peclet axial et lateral montrent un bon accord avec les donnees experimentales.

Kinetics and reaction mechanism of catalytic oxidation of low concentrations of hydrogen sulfide in natural gas over activated carbon

Abstract: On a etudie la cinetique du procede d'oxydation de l'hydrogene sulfure, qui produit essentiellement du soufre et de l'eau, en recourant a un catalyseur au charbon active Hydrodarco (de 0,25 a 1,0 g) et en faisant varier le rapport O 2 /H 2 S (base molaire) dans le gaz d'alimentation entre 0,5 et 0,6 dans les gammes de temperatures et de pressions de 125 a 200°C et de 225 a 780 kPa. Du SO 2 a ete obtenu comme sous-produit indesirable lors de la reaction d'oxydation du H 2 S ou comme produit lors de la regeneration du catalyseur. Le gaz d'alimentation contient entre 0,9 et 13% en mole de H 2 S avec environ 80% en mole de CH 4 . Dans cet article, on presente les facteurs influant sur la conversion du H 2 S et la formation du SO 2 . Les expressions de vitesse pour (a) la conversion du H 2 S et (b) la formation du SO 2 ont ete etablies a partir du modele de reaction de controle de surface de Langmuir-Hanshelwood. Les donnees experimentales ont ete correctement correlees par les equations de vitesse. De meme, les parametres de vitesse ont ete evalues et correles avec la temperature. On a calcule que les energies d'activation pour les reactions d'oxydation du H 2 S et de production du SO 2 etaient de 34,2 et 62,5 kJ/mol, respectivement. On a trouve que des pressions partielles d'oxygene et de H 2 S influencaient la conversion du H 2 S, tandis que la presence d'eau dans le gaz d'alimentation jusqu'a 10,5% en mole n'influait pas de maniere significative sur la conversion du H 2 S. Des chaleurs d'adsorption ont ete calculees pour diverses especes sur les sites actifs. La production de SO 2 a ete, comme prevu, amelioree a haute temperature, et sa vitesse est beaucoup plus petite que la vitesse d'oxydation du H 2 S dans les conditions de reaction utilisees.

The solubility of methane in aqueous solutions of monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine

Abstract: The solubility of methane in 3 kmol/m3 solutions of monoethanolamine, diethanolamine, and triethanolamine was measured from 25° to 125°C and pressures up to about 13 MPa. Measurements were also made for the solubility of methane in water at 25° to 125°C and pressures up to 18 MPa in order to confirm the accuracy of the experimental technique. It is demonstrated that methane is more soluble (in terms of mole fraction) in the amine solution than in pure water. Furthermore, the solubility is an increasing function of the size of the alkanolamine. The solubility data were modeled using a Henry's-law approach and the results summarized in terms of salting-in coefficients. On a mesure la solubilite du methane dans des solutions de 3 kmol/m3 de monoethanolamine, diethanolamine et triethanolamine a des temperatures entre 25 et 125°C et des pressions jusqu'a 13 MPa. Des mesures ont egalement ete prises pour la solubilite du methane dans l'eau a des temperatures entre 25 et 125°C et des pressions jusqu'a 18 MPa afin de confirmer la precision de la technique experimentale. On demontre que le methane est plus soluble (en termes de fraction molaire) dans la solution aminee que dans l'eau pure. En outre, la solubilite est une fonction croissante de la taille de l'alkanolamine. Les donnees de solubilite ont ete modelisees a l'aide d'une approche de la loi de Henry et les resultats sont resumes en termes de coefficients de relargage.

Quantification of laminar mixing in the kenics static mixer: An experimental study

Abstract: The laminar flow field in a Kenics KM static mixer has been studied using laser induced fluorescence and digital image analysis. Mixing was quantified by measurement of the number average striation thickness, variance of striation widths and interfacial area, for elements of length to diameter (L/D) ratios of 0.8, 1.0, 1.5 with 90° twist per element. From flow visualisations, transitions were observed in the flow where vortices developed above the first and second elements at Reynolds numbers of 43 and 90 for L/D = 0.8 and Reynolds numbers of 55 and 105 for L/D = 1.0. It was found that these vortices did not appreciably enhance mixing based on striation thickness and variance of striation widths measurements after 4 to 5 elements. The influence of viscosity ratio showed a viscosity ratio (dyed stream/bulk stream) of I had faster interfacial area growth and created more uniform mixtures compared to a viscosity ratio of 0.2 for flow rate ratio of 0.2. On a etudie le champ d'ecoulement laminaire dans un melanger statique KM Kenics en utilisant la fluorescence induite par laser et l'analyse d'image. Le melange est quantifie par la mesure de l'epaisseur de striation moyenne, la variance des largeurs de striation et de la surface interfaciale, pour des elements ayant des rapports longueur-diametre (L/D) de 0,8, 1,0 et 1,5 avec une torsion de 90° par element. Par la visualisation des ecoulements, des transitions ont ete observees a des nombres de Reynolds de 43 et 90 pour L/D = 0,8 et des nombres de Reynolds de 55 ete 105 pour L/D = 1,0. On a trouve que ces vortex n'augmentaient pas de facon appreciable le melange base sur des mesures d'epaisseur de straition et de variance des largeurs de striation apres 4 ou 5 elements. L'influence du rapport de viscosite montre qu'un rapport de viscosite (courant colore/courant en vrac) de 1 a une croissance de surface interfaciale plus rapide et cree des melanges plus uniformes comparativement a un rapport de viscosite de 0,2 pour un rapport de debit de 0,2.

Process viscometry of complex fluids and suspensions with helical ribbon agitators

Abstract: On a etudie a l'aide d'un ruban helicoidal raccorde a un rheometre la viscosite de fluides tres rheofluidifiants inelastiques et de suspensions aqueuses de kaolin. On montre que les donnees de viscosite pour les fluides non newtoniens monophasiques convenablement traitees avec un nombre de Reynolds generalise base sur la vitesse peripherique du mobile se superposent tres bien aux resultats obtenus avec un rheometre cone-plan. Dans le cas du systeme biphasique, on montre que le traitement des donnees pour le systeme monophasique peut etre etendu. Le ruban helicoidal permet d'obtenir des valeurs de viscosite plus stables qu'avec les geometries traditionnelles et aucun phenomene d'ecoulement parasite (c.-a-d. sedimentation, glissement a la paroi, etc.) n'a ete observe, rendant ce dispositif superieur pour la rheologie de suspensions par rapport a des rheometres cone-plan et des systemes Couette

Design of stirred vessels with gas entrained from free liquid surface

Abstract: In this review, the literature on surface aerators is critically analysed. In a number of studies, the critical speed for the onset of surface aeration has been correlated with the geometry of the system and the operating conditions. The studies on the rate of surface aeration, gas hold-up, mass transfer coefficients are inadequate for the design and scale-up. A comparison of the available designs, in terms of gas hold-up, and mass transfer coefficient is presented. A mathematical model has been proposed for surface aeration. Guidelines have been given for the selection of impeller configuration and overall design of surface aerators. Suggestions have been made for future studies in this area.

Agitation power for solid-liquid suspensions containing large particles

Abstract: The agitation power required by liquid-solid suspensions of large PVC discs (4.3 mm) and sand granules (1.29 mm) in water was measured for various solids concentration, up to 16% by volume, using 5 different impellers. In all cases the dispersed power increased with increasing solids content, more than expected based on the suspension density. The solid phase actually dissipates energy due to particle-liquid friction and in the collisions of the particles. The amount of energy dispersed according to these mechanisms is generally low, but becomes evident with the large particles as the solid concentration increases above 4%. La puissance d'agitation necessaire pour les suspensions liquide-solide de larges disques de PVC (4,3 mm) et de grains de sable (1,29 mm) dans l'eau, a ete mesuree pour diverses concentrations de solides, atteignant 16% par volume, a l'aide de 5 turbines differentes. Dans tous les cas l'energie dispersee augmente avec l'augmentation de la teneur en solides, davantage que le laisse supposer la masse volumique des suspensions. La phase solide dissipe reellement l'energie en raison de la friction particule-liquide et dans les collisions des particules. La quantite d'energie dispersee en fonction de ces mecanismes est generalement faible mais devient manifeste avec les particules larges lorsque la concentration de solides augmente au-dessus de 4%.

A study of an up- and a down-pumping wide blade hydrofoil impeller: Part I. LDA measurements

Abstract: A wide blade, high solidity ratio, axial flow hydrofoil impeller has been developed particularly for gas dispersion when used in the upward-pumping mode. It has a low power number so that a relatively low torque is required when using it with a large impeller to tank diameter ratio, a commonly desired aim of retrofitting. As part of the work characterising these impellers, laser Doppler anemometry has been used to study the single phase flow both down- and up-pumping, the latter for the first time. Mean and root-mean-square velocities were measured throughout a fully baffled, flat bottomed cylindrical tank. When down-pumping, the discharge flow was almost axial but when up-pumping, it had a strong radial component. Turbulence energy dissipation rates in the impeller region and the discharge stream when up-pumping were found to be higher than those when down-pumping. In both modes, the impeller was found to have a high circulation efficiency. In Part II, the data presented here are used for obtaining computational fluid dynamic solutions of the flow field. Une turbine profilee a pales larges, avec un rapport de solidite eleve et a ecoulement axial a ete mise au point en particulier pour la dispersion de gaz lors d'une utilisation en mode de pompage ascendant. La turbine a un faible nombre de puissance de sorte qu'un couple relativement bas est necessaire lorsqu'elle est utilisee avec un rapport de diametre turbine/ reservoir eleve, une pratique courante pour l'adaptation d'unites existantes. Dans le cadre de la caraterisation de ces turbines, on a fait appel a l'anemometrie au laser Doppler afin d'etudier l'ecoulement monophasique en pompage descendant et ascendant, pour la premiere fois dans le cas de l'ecoulement ascendant. Les vitesses moyennes et quadratiques moyennes ont ete mesurees dans un reservoir cylindrique chicane a fond plat. Lors du pompage descendant, le flux de refoulement est presque axial, mais en pompage ascendant il possede une forte composante radiale. On a trouve que les taux de dissipation d'energie turbulente dans la region de la turbine et le flux de refoulement en pompage ascendant etaient plus grands qu'en pompage descendant. Dans ces deux modes, la turbine s'est averee avoir une efficacite de circulation elevee. On utilise les donnees presentees dans la deuxieme partie du present article pour obtenir des simulations par ordinateur du champ d'ecoulement.

Rising velocity of a swarm of spherical bubbles in power law fluids at high Reynolds numbers

Abstract: In this work, a theoretical scheme for estimating the rise velocity of a swarm of spherical bubbles through quiescent power law liquids at high Reynolds number is developed. The inter-bubble interactions have been accounted for by the use of a cell model. The effect of the power law index and the volume fraction of the gas on the rise velocity is elucidated. Depending upon the degree of shearthinning behaviour and the gas fraction, the swarm may rise slower or faster than a single bubble. This behaviour has been explained qualitatively in terms of two competing mechanisms. Dans ce travail, une methode theorique a ete mise au point pour l'estimation de la vitesse d'ascension d'un agglomerat de bulles spheriques dans des liquides de lois de puissance en repos a un nombre de Reynolds eleve. On a tenu compte des interactions entre les bulles en utilisant un modele de cellules. L'effet de l'indice de loi de puissance et de la fraction de volume du gaz sur la vitesse d'ascension est explique. Selon le degre de comportement rheofluidifiant et la fraction de gaz, l'agglomerat peut monter plus lentement ou plus rapidement qu'une bulle seule. Ce comportement est explique qualitativement en fonction de deux mecanismes en concurrence.

Averaged and time-resolved, full-field (three-dimensional), measurements of unsteady opposed jets†

Abstract: Full-field, time-resolved, velocity vector information was obtained for an opposing jet reactor. The velocities were measured by particle tracking velocimetry (PTV) over a range of jet Reynolds numbers (200–5000). The main results reported are for a Reynolds number of 200. Graphical representation of the extensive data fields cannot be conveniently reported here; however, examples are provided. A more thorough presentation is possible by using color and dynamic representations and these are provided at the URL (Uniform Resource Locator, i.e., the address for a location on the Internet) cited in Zhao and Brodkey (1998). It is important to emphasize that the velocity fields presented in this paper are experimental. On a obtenu des donnees de champs de vecteur de vitesse, resolus en temps, pour un reacteur a jets opposes. Les vitesses ont ete mesurees par velocimetrie par suivi de particules (PTV) pour une gamme de nombres de Reynolds des jets (200–5000). Les principaux resultats presentes sont obtenus a un nombre de Reynolds de 200. La representation graphique des champs de donnees complets ne peut pas ětre convenablement donnee ici; cependant, on fournit des exemples. une presentation plus soignee au moyen de representations en couleurs dynamiques, est disponible a l'adresse URL (Uniform Resource Locator, adresse pour un site sur Internet) cite par Zhao et Brodkey (1998). II est important de preciser que les champs de vitesse presentes dans cet article sont experimentaux.

Scale‐up of mixing in gassed multi‐turbine agitated vessels

Abstract: A mixing model previously developed for the determination of mixing time in gassed tanks stirred by multiple Rushton turbines (Vasconcelos et al., 1995) was verified for the additional scales of 0.39, 0.56 and 0.72 m vessel diameter. It is now shown that the single adjusted parameter previously required by the model, the air-induced axial velocity parameter vax, is scale-independent with an invariant value of 7 × 10−2 m/s. Model simulations, with tank and turbine diameters and the number of stages as the only required parameters, deviate 5% on average from the experimentally determined mixing time t0.05. The model is thus a valuable tool for scale-up of this type of vessels. Un modele de melange mis au point anterieurement pour la determination du temps de melange dans des reservoirs en milieu aere agites par des turbines de Rushton multiples (Vasconselos et al., 1995), a ete verifie pour de nouvelles echelles de diametre de reservoir de 0,39, 0,56 et 0,72 m. Il est maintenant montre que le parametre d'ajustement unique auparavant exige par le modele, soit le parametre de vitesse axiale induite par l'air vax, est un invariant de l'echelle dont la valeur est 7 × 10−2 m/s. Des simulations utilisant comme parametres uniques les diametres de reservoirs et de turbines et le nombre de phases, donnent des deviations de 5% par rapport au temps de melange t0,05 determine experimentalement. Le modele est donc un outil valable pour la mise a l'echelle de ce type de reservoirs.