Development of a Model-Free Radioactive Particle Tracking (RPT) Technique for Hydrodynamic Characterization of Industrial-Scale Reactors

Les systèmes polyphasiques sont présents dans de nombreuses industries chimiques et de transformation, notamment la pétrochimie, l’agroalimentaire, les produits pharmaceutiques, les biotechnologies, l’exploitation minière et les pâtes et papiers. La compréhension de la mécanique des fluides et des configurations d’écoulement au sein de ces systèmes constitue la base de la conception et du développement de nouveaux procédés ou l’amélioration des procédés existants. Cependant, malgré les progrès scientifiques, notre compréhension de nombreux procédés polyphasiques est limitée. La conception et la mise à l’échelle des systèmes polyphasiques nécessitent une compréhension fiable des configurations d’écoulement dans des réacteurs de différentes tailles. En particulier, la compréhension des échelles de laboratoire, pilote et industrielle est requise. L’incapacité à identifier ces configurations peut entraîner de mauvaises performances des réacteurs à grande échelle. Il est donc essentiel d’avoir accès à des outils expérimentaux fiables pour obtenir des données de haute qualité. Dans l’étude des systèmes polyphasiques, un outil expérimental quasi idéal devrait être non invasif, capable de fournir des données sur l’ensemble du champ d’écoulement et applicable aux milieux et réacteurs optiquement opaques. Idéalement, un tel outil serait aussi appli-cable aux systèmes industriels sans nécessiter une implication humaine importante dans la collecte des données. Cependant, la plupart des techniques expérimentales disponibles pour caractériser le champ d’écoulement des réacteurs polyphasiques présentent au moins une de ces limitations communes : elles ne s’appliquent qu’aux milieux et réacteurs transparents, ne peuvent pas s’adapter aux systèmes industriels du monde réel ou nécessitent des protocoles d’étalonnage laborieux.

Abstract

Multiphase systems are standard components in many chemical and process industries, in-cluding petrochemicals, food and beverages, pharmaceuticals, biotechnology, mining, and pulp and paper. Understanding the fluid dynamics and flow patterns within these systems is the foundation for designing and developing new processes or troubleshooting existing ones. However, despite the advancements in science and technology, our understanding of many multiphase processes is incomplete. Design and scale-up of multiphase systems require a trustworthy understanding of flow pat-terns across different reactor sizes: laboratory, pilot, and industrial scales. The inability to identify these patterns can lead to poor performance in scaled-up reactors. Therefore, access to reliable experimental tools for obtaining experimental data is essential. A near-ideal experimental tool for investigating multiphase systems should be non-invasive, capable of providing data across the entire flow field, applicable to optically opaque media and reactors, and ideally applicable to real-world industrial systems without an extensive need for human involvement in data collection. However, most available experimental techniques for characterizing the flow field within multiphase reactors have at least one of these common limitations: they only apply to transparent media and reactors, cannot accommodate real-world industrial-scale systems or requiring labor-intensive calibration protocols.