Solid Suspension and Gas Dispersion in Mechanically Agitated Vessels

The successful design and operation of liquid-solid (LS) and gas-liquid-solid (GLS) mechanically agitated vessels require the accurate determination of the proper level of solid suspension that is essential for the process at hand. Engineers and scientists must define geometrical and operating conditions for a specific medium (specified physical properties) in such a way that provides the optimum level of solid suspension. This requires comprehensive knowledge about how the state of solid suspension may be affected by changing physical, operational, and geometrical parameters. Also, accurate empirical correlations or theoretical concepts are necessary to fulfill that objective. Failure to design the agitated vessel to achieve optimum conditions and maintain the system at these conditions during operation may cause significant drawbacks concerning product quality (selectivity and yield) and cost. This research involves extensive experimental and theoretical work on solid suspension and dispersion in a liquid-solid mixing system. The system under study was a mechanically agitated vessel. By using different measurement methods, i.e., Gamma Ray Densitometry, and Optical Fibre, attention-grabbing results have been obtained, which will help to improve the design and scale-up of liquid-solid mixing systems. A thorough literature survey on solid suspension in agitated tanks and comprehensive discussions with industrial partners led us to focus on three major objectives to improve our knowledge of dense liquid-solid mixing systems: 1. To introduce a promising method for accurate characterizing just off-bottom suspension speed (Njs) in high concentration liquid-solid mixing system.

Résumé

La conception et l'opération réussies de cuves agitées mécaniquement liquide-solide (LS) ou gazliquide- solide (GLS) requièrent la détermination précise du niveau adéquat de suspension solide qui est essentiel pour le procédé. Les ingénieurs et les scientifiques doivent définir des conditions géométriques et opératoires pour un milieu spécifique (propriétés physiques spécifiques) afin de fournir le niveau optimal de suspension solide. Ceci nécessite une connaissance approfondie de comment l'état de la suspension solide peut être influencé par des variations des paramètres physiques, opératoires et géométriques. De même, des corrélations empiriques ou des concepts théoriques précis sont nécessaires pour atteindre cet objectif. Le fait de ne pas concevoir la cuve agitée pour atteindre les conditions optimales et pour maintenir le système dans ces conditions durant l'opération peut amener des inconvénients significatifs concernant la qualité du produit (sélectivité et rendement) et le coût. Cette étude implique un travail expérimental et théorique extensif sur la suspension et la dispersion du solide dans un système de mélange liquide-solide. Le système étudié a été une cuve agitée mécaniquement. En utilisant différentes techniques de mesure, comme la densitométrie aux rayons gamma et les fibres optiques, il a été possible d'obtenir des résultats très intéressants qui permettront d'améliorer la conception et la montée en échelle de systèmes de mélange liquidesolide. Une revue de la littérature approfondie à propos de la suspension de solide en cuves agitées et des discussions détaillées avec des partenaires industriels nous ont menés à nous concentrer sur trois objectifs principaux pour améliorer la connaissance des systèmes de mélange liquide-solide denses : 1. Introduire une méthode prometteuse pour la caractérisation fine de la vitesse de suspension (Njs) dans un système de mélange liquide-solide à haute concentration.