Fundamental studies of vibrated fluidized beds

La fluidización es un proceso ampliamente utilizado en las industrias química, energética y de tratamiento de materiales debido a su buen rendimiento en el mezclado de sólidos y a su buena eficiencia de contacto, tanto sólido-sólido como gas-sólido. Entre las operaciones que hacen uso de lechos fluidizados se encuentran, por ejemplo, el craqueo catalítico (FCC), gasificación, combustión de combustibles sólidos, síntesis de Fischer-Tropsch, secado, granulación y recubrimiento de partículas. Sin embargo, la facilidad con la que las partículas fluidizan puede verse afectada por diversos factores. Por ejemplo, las partículas finas tienden a aglomerarse, lo que puede llegar a defluidizar el lecho o a formar caminos preferentes de gas en el mismo. Se han empleado múltiples estrategias para eliminar la aglomeración y mejorar la homogeneidad de fluidización. Entre estas estrategias se encuentra la vibración de un lecho fluidizado convencional, la cual es una tecnología prometedora consistente en la introducción de energía cinética en el sistema mediante la vibración mecánica de la vasija del lecho. Esta vibración proporciona la energía necesaria para romper los enlaces entre partículas, prevenir su aglomeración y evitar la canalización del gas en el lecho. A pesar de sus ventajas, la vibración introduce complejidades en la dinámica del lecho que están aún lejos de ser plenamente comprendidas. El conocimiento de estos fenómenos físicos complejos derivados de la vibración de un lecho fluidizado podría ser utilizado para la mejora del diseño y control de los lechos fluidizados vibrantes existentes, así como para aumentar su rango de operación en nuevas aplicaciones. Por todo lo anterior, un estudio de carácter fundamental del efecto de la vibración en el movimiento de la fase densa del lecho y de las burbujas presentes en el sistema es de suma importancia para entender la dinámica de este tipo de dispositivos. Este es el objetivo de la presente tesis doctoral, cuya estructura y resultados principales se indican en los párrafos siguientes.../ ... En resumen, la presente tesis doctoral revela, tanto experimentalmente como con la ayuda de modelos numéricos, que (i) la compresibilidad del gas afecta a las oscilaciones de la fase densa de un lecho fluidizado vibrado, (ii) la presencia ondas de compresión y de expansión de sólidos y de gas causadas por la la vibración de la vasija domina el comportamiento de burbujas aisladas en el lecho, (iii) estas ondas se generan en la base del lecho y viajan en dirección ascendente modificando el comportamiento medio y oscilatorio de las propiedades de las burbujas en función de la distancia al distribuidor, (iv) esto es aplicable a lechos operados en régimen burbujeante en los que existe una continua interacción entre burbujas y (v) la vibración introduce un grado extra de libertad que permite controlar la segregación y modificar los patrones de movimiento de las partículas en el lecho.