Characteristics of a countercurrent reciprocating plate bubble column. I. Holdup, pressure drop and bubble diameter

Abstract The hydrodynamics of countercurrent air/water flow in a 5 cm diameter reciprocating plate bubble column have been studied; the plates contained 14 mm diameter perforations and had a fractional open area of 0.57. The ranges of superficial velocities of air and water were respectively 0‐0.99 cm/s and 0‐3.95 cm/s. The stroke was in most cases 4.5 cm and the reciprocation frequency was in the range 0–5 Hz. The pressure drops were measured in the absence of reciprocation for single phase and two phase flow conditions. Pressure fluctuations and time‐averaged pressure drops were measured with plate reciprocation under single and two‐phase conditions. The results were described in terms of the simple quasi‐steady state model; the effective orifice coefficients of the perforations were within the range 0.4 to 0.97 depending on the reciprocation conditions. The Sauter mean diameters of the bubbles decreased with agitation; they were about twice the values predicted from an earlier correlation developed for liquid‐liquid systems. The gas holdups were also substantially greater than predicted from correlations based on liquid‐liquid systems. Both these effects were explained as due to the tendency for bubbles to cluster in the plate region. On a étudié le comportement hydrodynamique d'un écoulement air‐eau à contre courant dans une colonne à bulles à plateaux vibrants de 5 cm de diamètre. Les plateaux possèdent des perforations de 14 mm de diamètre et leur surface d'ouverture relative est de 0,57. Les vitesses superficielles de l'air et de l'eau s'échelonnent entre 0 et 0,99 cm/s et 0 et 3,95 cm/s respectivement. L'amplitude est dans la plupart des cas de 4,5 cm et la fréquence de vibration entre 0 et 5 Hz. On a mesuré les pertes de charge en l'absence de vibration pour des conditions d'écoulement monophasique et bipha‐sique. Les fluctuations de pression et les pertes de charge moyennées dans le temps ont été mesurées avec une vibration de plateaux sous des conditions monophasiques et biphasiques. Les résultats sont décrits selon le modèle d'état simple quasi stationnaire. Les coefficients réels d'orifice des perforations varient entre 0,4 et 0,97 en fonction des conditions de vibration. Les diamètres moyens de Sauter des bulles diminuent avec l'agitation; leur valeur est environ deux fois celle établie dans une corrélation précédente pour des systèmes liquide‐liquide. Les retenues de gaz sont également substantiellement plus grandes que dans les prédictions des systèmes liquide‐liquide. Ces deux effets sont expliqués par le fait que les bulles tendent à s'agglomérer dans la région des plateaux.