CFD modelling of the hydrodynamics of scrap tyre in a fluidized bed reactor
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Resumen
Fluidization is one of the most promising technologies to transform waste materials (biomass, plastics and end-of-life tyres) into useful products via thermochemlcal processes. This technology has been investigated computationally using CFD as a tool for the design of the reactor. Most literature regarding CFD techniques focus on the fluidization of biomass particles. However, there are very few computational studies regarding the fluidization of scrap tyre particles. The composition and density of these particles affects significantly the dynamics inside a fluidized bed reactor. In this work, the dynamics of tyre particles in a fluidized bed were investigated both numerically and experimentally. The applied methodology consisted in two different approaches: a 2D approach, where bubble characteristics where analyzed and a 3D approach, where pressure drop was compared. An Eulerian-Eulerian approach with two different drag models was used for the computational model. The results show that the Eulerian-Eulerian approximation does not predict well the behavior of tyre particles in a fluidized bed reactor. Bubble diameter and rise velocity are highly overpredicted while the bed expansion is underpredicted. On the other hand the pressure drop from the computational model seems to fit well the experimental findings above the minimum fluidization velocity. Nonetheless the pressure drop below the minimum fluidization velocity is not well predicted. The discrepancy may be attributed to the fact that tyre particles are classified as Geldart A particles and hence, the dynamics are more complex and cannot be well predicted using a standard Eulerian-Eulerian approach.
Resumen
La fluidización es uno de las tecnologías más prometedoras para transformar material de desecho (biomasa, plástico y llantas) en compuestos útiles por medio de procesos termoquímicos. La dinámica computacional se ha utilizado como herramienta para la investigación de este proceso, en especial para el diseño optimo del reactor. Gran parte de la literatura relacionada con dinámica computacional está enfocada en la fluidización de partículas de biomasa. En consecuencia, los estudios concernientes a la fluidización de llanta son muy limitados. Sin embargo se ha encontrado que la composición y densidad de las partículas de llanta afectan significativamente el comportamiento dentro del reactor de lecho fluidizado. En este trabajo se investigó la dinámica de la fluidización de partículas de llanta tanto experimental como numéricamente. La metodología aplicada consistió en dos diferentes acercamientos: un acercamiento en dos dimensionas para analizar las características de las burbujas y un acercamiento en tres dimensiones donde se compararon los perfiles de caída de presión. Para el modelo computacional se utilizó la aproximación Euleriana-Euleriana con dos modelos de arrastre distintos. Los resultados muestran que la aproximación Euleriana-Euleriana no predice correctamente el comportamiento de las partículas de llanta en un lecho fluidizado. El diámetro y velocidad de ascenso son sobre predichos por el modelo computacional mientras la expansión de la cama presenta valores inferiores a los observados experimentalmente. Por otro lado la caída de presión es similar para velocidades superiores a la mínima velocidad de fluidización. Sin embargo para velocidades inferiores, el modelo computacional es incapaz de predecir la caída de presión. La discrepancia entre los resultados se debe posiblemente al hecho de que las partículas de llanta se encuentran clasificadas como partículas Geldart A. La dinámica que presentan estas partículas es más compleja y no puede ser predicha correctamente bajo la aproximación Euleriana-Euleriana.