Mathematical modelling of fluidized-bed reactors for non-catalytic gas-solid reactions

• Published in: Canadian journal of chemical engineering 2010-12, Vol.88 (6), p.1034-1043
• Main Authors: Maroufi, S., Khoshandam, B., Kumar, R. V.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: cobalt oxide; Computer simulation; fluidized-bed reactor; Gas-solid reactions; iron ore; mathematical modelling; Mathematical models; Matlab; Methane; Modelling; Reduction
• ISSN: 0008-4034; 1939-019X; 1939-019X
• DOI: 10.1002/cjce.20371

Mathematical modelling of a continuous fluidized‐bed reactor has been carried out for non‐catalytic gas–solid reactions. The two‐phase bubbling bed model has been used and the elutriation phenomenon for the fine particles has been investigated. The feed stream consisting particles with size distribution and reversible or irreversible first‐order kinetics can be treated by the model. The reduction behaviour of solid reactants was described by the grain model. A program was developed in MATLAB software for solving the governing equations at conditions of different temperatures and pressures. The model was validated using experimental data and simulation results available in the literature for the iron ore reduction with a gas mixture containing hydrogen [Srinivasan and Staffansson, Chem. Eng. Sci. 45(5), 1253–1265 (1990)]. The mathematical modelling was also used for predicting the extent of reaction for reduction of cobalt oxide by methane. La modélisation mathématique d'un réacteur à lit fluidisé continu a été réalisée à partir de réactions gaz‐solide non catalytiques. Le modèle de lit à bulles en deux phases a été utilisé et on a étudié le phénomène d'élutriation pour les particules fines. Le débit d'alimentation composé de particules avec une distribution de la taille et une cinétique de premier ordre réversible ou irréversible peut être traité par ce modèle. Le comportement de réduction des réactifs solides a été décrit par le modèle de grain. Un programme a été créé avec le logiciel MATLAB pour résoudre les équations principales à des conditions de différentes températures et pressions. Le modèle a été validé au moyen des données expérimentales et des résultats de simulation que l'on trouve dans la littérature pour la réduction du minerai de fer avec un mélange de gaz contenant de l'hydrogène [Srinivasan and Staffansson, Chem. Eng. Sci. 45(5), 1253–1265 (1990)]. La modélisation mathématique a également été utilisée pour prédire l'étendue de la réaction pour la réduction de l'oxyde de cobalt par le méthane.