Diffusivités thermiques horizontale et verticale dans un lit fluidisé avec un faisceau de tubes verticaux Lateral and Vertical Thermal Diffusivities in a Dense Fluidized Bed with Tubes Bundle

Abstract

Les lits fluidisés sont connus pour être des milieux homogènes en température dans la plupart de leurs applications. Il est cependant des situations où peuvent apparaître des gradients thermiques, en particulier dans le cas des installations de grandes dimensions et lorsque des faisceaux de tubes denses sont immergés dans le bain fluidisé et freinent ainsi le déplacement des particules. L'objectif du travail présenté dans cet article a été de déterminer les conductivités et les diffusivités thermiques verticale et horizontale dans un lit fluidisé, avec ou sans faisceau de tubes verticaux, afin de combler quelques lacunes de la littérature, plus spécialement dans le domaine des faibles granulométries (inférieures à 500 microns) et en s'appuyant sur un dispositif expérimental de taille significative (0,6 x 1,1 x 1,3 m). Ces grandeurs ont été obtenues en mesurant les gradients de température à l'intérieur d'un lit fluidisé parallélépipédique, entre une face chaude et une face froide, et en interprétant ces gradients de température à l'aide d'un modèle de conduction classique à deux dimensions. Les conductivités thermiques, aussi bien horizontale que verticale, augmentent avec la vitesse de fluidisation, avec la hauteur du lit au repos et lorsque la taille des particules diminue. La présence de tubes verticaux entraîne une diminution importante de la diffusivité thermique horizontale, mais elle n'a pas d'influence sur la diffusivité thermique verticale. À partir des résultats obtenus, il a été établi des corrélations qui devraient permettre de déterminer les diffusivités (ou les conductivités) thermiques, dans des lits fluidisés avec ou sans tubes verticaux, opérant avec des particules de granulométrie comprises entre 50 et 300 microns, et sous des vitesses de fluidisation allant de 0,05 à 0,3 m/s. Ces corrélations viennent compléter celles de la littérature, et devraient faciliter le dimensionnement d'unités de grandes tailles. Dense fluidized beds are acknowledged as homogeneous systems from both temperature and composition aspects. However, some situations such as very large units or fluidized beds with tubes bundle lead to thermal gradients within the bed. These thermal gradients are due to solids motion limitation and may have detrimental effects on the process. This paper relates investigations aiming at determining lateral and vertical thermal diffusivities in a dense fluidized bed with and without a tubes bundle. These investigations have been carried out with an experimental setup of significant size (bed size = 0. 6 x 1. 1 x 1. 3) and with small particles (less 500 microns) so as to fill some gaps of the literature. Thermal diffusivities have been deduced from temperature gradients measured between a hot wall and a cold wall in a perpendicular fluidized bed and by applying a conventional 2-D conduction model. Lateral thermal conductivities as well as vertical thermal conductivities increase with the gas velocity and the height of the bed, and when the particle size decreases. Immersing a vertical tube bundle into the fluidized bed leads to a significant reduction of the lateral thermal diffusivity, while there is no effect on the vertical thermal diffusivity. Correlations have been drawn from the experimental results. They would have to be applied for calculation of any system running at gas velocity ranging from 0. 05 to 0. 3 m/s and with particle size between 50 and 300 microns.