Measurements of the size, rise velocity, and specific interfacial area of bubbles in an impinging-jet bubble column

摘要

A 2-D laser particle dynamics analyzer was used to simultaneously measure the bubble size, bubble rise velocity, bubble size distribution, and gas-phase turbulence intensities in an impinging-jet bubble column that utilized two venturi injectors to create turbulent gas–liquid jets in the ambient fluid. These measurements were conducted in clean deionized water and in a Kraft pulp mill effluent that was ozonated using a wide range of utilized ozone doses. The intersecting of the gas–liquid jets caused an increase in the turbulence produced in the ambient fluid and as a result, the count mean bubble diameter (d_B) and the Sauter mean bubble diameter (d_S) were smaller than those obtained in conventional bubble columns. This has led to a significant increase in the specific gas bubble interfacial area (a) compared to that in conventional bubble columns. The count mean bubble and Sauter mean bubble diameters were found to be dependent on the superficial gas and liquid velocities (u_G and u_L, respectively). The count and Sauter mean bubble diameters were smaller in the raw Kraft pulp mill effluent compared to those in the deionized water. This has led to a significant increase in the specific gas bubble interfacial area and gas hold-up (epsilon_G) compared to those in the deionized water. As the raw Kraft pulp mill effluent was ozonated and the amount of utilized ozone increased, the count mean and Sauter mean bubble diameters increased. The bubble size distributions exhibited different trends depending on the type of the test liquid and on the operating conditions in terms of u_G and u_L. Generally, those distributions could be well described using normal, gamma, or log-normal density functions. Key words: laser, phase, Doppler, impinging-jet, bubble column, bubble, size, gas hold-up, interfacial area.Un analyseur laser 2D de la dynamique des particules a été utilisé pour mesurer simultanément la dimension des bulles, la vitesse d'élévation des bulles, la répartition de la taille des bulles et les intensités de turbulence de la phase gazeuse dans une colonne à impact de jets de bulles qui utilisait deux injecteurs venturi pour créer des jets gaz-liquide turbulents dans le fluide ambiant. Ces mesures ont été effectuées dans de l'eau claire désionisée et dans un effluent d'une usine de fabrication de pâte Kraft qui a été ozoné en utilisant un large éventail de doses d'ozone utilisé. L'intersection des jets gaz-liquide engendrait une augmentation de la turbulence produite dans le fluide ambiant et il en est résulté que le diamètre de bulle moyen (d_B) et le diamètre de bulle moyen de Sauter (d_S) étaient inférieurs à ceux obtenus dans les colonnes à bulles classiques. Cela a créé une augmentation importante de la zone d'interface spécifique gaz-bulle (a) par rapport à celle obtenue avec les colonnes à bulles classiques. Nous avons découvert que le diamètre de bulle moyen et le diamètre de bulle moyen de Sauter dépendaient des vélocités superficielles du gaz et du liquide (u_G et u_L respectivement). Le diamètre de bulle moyen et le diamètre de bulle moyen de Sauter étaient plus petits dans l'effluent brut de l'usine de fabrication de pâte Kraft que ceux dans l'eau désionisée. Cela a mené à une augmentation importante de la zone d'interface spécifique gaz-bulle et dans la retenue du gaz (epsilon_G) par rapport à celles dans l'eau désionisée. Au fur et à mesure que l'effluent brut de l'usine de fabrication de pâte Kraft était ozoné et la quantité d'ozone utilisé augmentait, le diamètre de bulle moyen et le diamètre de bulle moyen de Sauter augmentaient. Les distributions de dimension des bulles montrent différentes tendances selon le type de liquide du test et selon les conditions de fonctionnement en termes de u_G et u_L. Généralement, ces distributions pourraient être bien décrites en utilisant des fonctions de densité normale, gamma ou log-normale. Mots clés : laser, phase, Doppler, impact de jets, colonne à bulles, bulle, dimension, retenue de gaz, zone d'interface.[Traduit par la rédaction]