上流式反应器中分布器气泡发生性能研究

气液分布器是上流式液相加氢反应器重要的内构件,一般为带有多组气液上升管的多孔板分布器。在上流式三维床冷态实验装置中,采用高速摄像法研究了单个圆柱形上升管和文丘里上升管的气泡发生性能,并考察了气速和液速对文丘里上升管气泡发生性能的影响。结果表明,在相同操作条件下,与圆柱形上升管相比,文丘里上升管产生的气泡数量更多,气泡平均尺寸更小,更有利于气体的均匀分布,其气泡发生性能更好。在相同液速下,随着气速增大,微气泡分率略有增大,气泡Satuer平均直径变大,气泡尺寸分布变宽;在相同气速下,随着液速增大,微气泡分率增大,气泡Satuer平均直径变小,气泡尺寸分布变窄。     

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。     

喷管分布器大型浆态鼓泡床反应器气含率的研究

采用内径0 284m、高3m的浆态鼓泡反应器,研究液体流速、分布器形式、高径比、固体质量分数及颗粒粒径大小等因素对反应器内气含率及气泡大小的影响规律。实验结果表明,气含率随体系内固相浓度增加和颗粒粒径的增大而减小,大气泡含率随表观气速、固相浓度增加和颗粒粒径增大而增大,液体逆流、静液高度及分布器形式对气含率无影响。并得出气含率的关联式。     

浆态床反应器气体分布器的性能研究

在大型浆态床反应器冷模试验装置上,考察了新型气体分布器对反应器内流体力学性能的影响,主要从平均气含率、局部气含率、气泡尺寸及影响区的变化规律进行研究.同时对浆态床反应器内的气液两相流动状况进行了数值模拟研究,并将模拟结果与大型冷模试验结果对比分析,二者吻合较好,验证了数值模拟所用的k-ε双方程模型和欧拉多相流模型的可靠性与结果的可信性.结果表明,反应器内各个区域的气含率各不相同,但随表观气速的增加而增大;分布器轴向影响区域为高度200～ 300 mm,径向影响区域为直径140～ 150 mm;分布器的逆流速度一般小于10 mL/s;反应器下沿内部附近存在较大的涡旋,在实际操作过程中应当设计最佳的分布器结构和内构件的布置方式,消除涡旋,改善物料的接触效果和停留时间分布.     

三相多室环流反应器的流动特性研究

在空气-水-石英砂三相多室气升式环流反应器（MALR）中,依据能量平衡原理及漂流通量模型,考虑到三相流动中固体颗粒相互作用产生的能量损失,建立了上升室气含率和循环液速的预测模型。在表观气速1.2～4.2cm/s范围内,研究了气含率、固含率、循环液速随操作条件的变化规律。结果表明,气含率随着表观气速的升高先增大后趋于平缓;固含率与表观气速的关系不大,只是随着固体装载量的增加而增大;循环液速随着表观气速的升高先增大而后略有下降,随着固体装载量的增加而减小。最后用实验结果对所建立的模型进行了验证。     

新型内循环石油焦燃烧器烧焦管内颗粒流动特性

针对石油焦及其气化余焦的燃烧和流化特性,自建了冷态实验装置。以石英砂颗粒作为固体物料,常温空气为流化介质,在烧焦管内表观气速为3.07~6.63 m/s,颗粒循环强度为24.7~154.2 kg/(m2.s)的条件下,采用DDY型差压变送器和脉冲磷光颗粒示踪法分别测量了烧焦管内的床层轴向平均固含率分布和颗粒停留时间分布规律。结果表明,当表观气速为3.96 m/s时,随着颗粒循环强度的提高,烧焦管相同高度处平均固含率分布增大;当颗粒循环强度为106.5 kg/(m2.s)时,随着烧焦管内表观气速的提高,烧焦管整个高度上的平均固含率分布减小。烧焦管内颗粒的扩散由弥散颗粒扩散和颗粒团扩散组成。建立了烧焦管内床层轴向平均固含率关联式及颗粒的轴向扩散模型,模型的计算值与实验值能较好地吻合。     

射流鼓泡反应器内气泡分布特性

采用气体分布盘和缩径式液体喷嘴的射流鼓泡反应器冷模实验装置,以空气-水作为模拟体系,考察了表观气速(ug)和喷嘴出口液速对气泡分布特性的影响。实验结果表明,在不同ug下,平均气含率均随着喷嘴雷诺数(Re_j)的增大而增大,平均气含率经验关联式计算值与实际值的平均相对偏差为8%。射流鼓泡反应器中心处气含率较高,边壁处气含率较低;随着Re_j的增大,气含率最高点向壁面方向移动,径向气含率分布趋于均匀。随着Re_j的增大,气泡具有不同的运动轨迹和分布状态,从类似字母"C"逐步演变为类似字母"B"和"A"。     

鼓泡塔内气液两相流的研究

用激光多普勒测速仪和粒子成象测速仪详细测量了气液鼓泡塔内气液并流和气液逆流时的流速分布、湍流度分布和气含率分布,并总结出了湍流度、气含率径向分布关联式。在气含率关联式中,首次考虑了塔高的影响。气泡的存在增强了液相湍动。气液并流时,在升力作用下气泡集聚在塔中心区。气液逆流时,气泡集聚在塔壁面附近。中心速度较大且随着表观气速的增大而增大。塔壁附近出现返混区,零轴向速度和最大湍流度均发生在相对半径ｒ／ Ｒ≈０－７ 左右。     

气-液分流式分布器的流体力学性能

开发了一种具有抗塔板倾斜性能的气-液分流式分布器。通过冷模实验,研究了该分布器液体破碎程度与液体分布均匀性之间的关系,以及操作条件变化对分布器压降的影响,并在直径为1 m的加氢反应器中考察了由37个气-液分流式分布器组成的气-液分配盘的液体分布均匀性。结果表明,存在一个液体破碎雾化的临界气速。临界气速同时也是分布器液体分布均匀与否的分界点,只有气体流速超过该临界值时,才能实现液体的均匀分布。当通过分配盘的气量超过总体临界气体流量时,其液体分布相对不均匀度可降至5%以内,实现液体的均匀分布。此外,基于实验数据,还得到了气-液分流式分布器的压降与气、液两相Reynolds数间的关系式。     

GLS-MALR中的气含率和循环液速

 在1个四流道的气-液-固三相多室气升式环流反应器（MALR）中,以空气-水-K 树脂为体系,考察了气体表观速率、固体装载量对气含率和循环液速的影响。结果表明,上升室的气含率随着该室气体表观速率的增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率的增加而略有降低;下降室的气含率随着该室气体表观速率的增大而略有增加;上升室和下降室的气含率均随固体装载量的增加而降低;循环液速随着上升室气体表观速率的增加而增加,而随着固体装载量的增加而降低。在鼓泡流下,用关联式法建立了上升室的气含率模型;根据动量平衡原理建立了循环液速模型。气含率和循环液速的计算值和实验值的平均相对误差分别为±5.755%和±9.362%。     

多流型新型提升管冷模实验研究

在高8.1 m、扩径段直径120 mm和等径段直径50 mm的提升管冷模实验装置上对一种底部变径结构和设置有内部导流筒的新型提升管进行了研究,考察了操作条件对其轴向和径向固含率与颗粒速度的影响,以及导流筒及环隙内的固含率和颗粒速度的分布。结果表明,与传统提升管相比,该新型提升管内可同时存在多种流型,提升管底部扩径段内为径向较为均匀的密相床,上部等径段为稀相床;导流筒的存在对从斜管下来的固体颗粒产生重新分配的作用;导流筒和环隙内存在较大的固含率和颗粒速度差;由于导流筒的抽吸作用,在提升管底部扩径段内,管中心处催化剂颗粒向上运动,边壁处催化剂颗粒向下运动。     

16m高提升管中FCC颗粒固含率的研究

研究了 16m高循环床提升管中FCC颗粒固含率及其轴向分布 ,并与相同条件下 6m高提升管中固含率及其轴向分布进行了对比分析。结果表明 ,提升管高度对固含率及其轴向分布具有显著影响。提升管高度增加 ,提升管各高度截面上的平均固含率减小 ,其轴向分布也更加均匀。提升管下部浓相段和上部稀相段的固含率随操作条件的变化规律明显不同。在提升管稀相段截面上 ,固含率随颗粒循环量的提高呈线性增加 ,随表观气速的增加平缓下降 ;但在提升管浓相段 ,由于颗粒间相互作用较强 ,固含率随操作条件的变化更为显著。     

轴向固定床反应器内构件的研究

在直径1000mm、高3000mm的轴向固定床冷模装置中研究了气体分布器和瓷球填料对反应器内气流分布的影响结果表明,随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;气体分布器可改变床层内气流流形并使气流的径向速度分布趋于均匀;瓷球填料的阻力作用也可使径向气流的速度分布趋于均匀。合适的气体分布器与瓷球填料联合使用能使催化剂床层中气体的径向压差小于0.08kPa。     

逆流变径耦合催化裂化提升管进料段内固含率及颗粒速度的径向分布

优化现有的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段结构,将进料喷嘴倾斜向下与内径变化相耦合。通过大型冷模实验装置,考察了在逆流变径耦合催化裂化提升管进料段不同轴向高度,固含率和颗粒速度的径向分布及操作条件对其产生的影响,并分别与前人所用的同径结构内的分布结果进行比较。结果表明,与对应的油、剂逆流接触催化裂化提升管进料段同径结构相比,变径结构进料段内,射流控制区域范围约缩短45.2%,且变径结构进料段内局部固含率分布更加均匀,有利于油、剂两相均匀混合。在实验操作范围内,提高预提升气速和适当提高进料喷嘴气速可使催化剂颗粒在径向分布更加均匀。     

新型变径提升管冷模实验研究

以催化裂化平衡剂和常温空气为介质,在新型变径提升管冷模实验装置上考察了不同的操作条件对固体循环量及颗粒浓度轴径向分布的影响,并描述了扩径段内的流动结构。结果表明：固体循环量随着表观气速的增大而增大,随着伴床料位高度的增加而增大,且在改变进气比例时,循环量随着预提升气占比的增加而增大;与传统提升管相比,该新型结构提升管内部存在多种流型且扩径段内固含率有明显增加,底部扩径段内为密相湍流形态,固含率为0.3~0.4,上部等径段为稀相气力输送形态,固含率无明显变化,为0.05~0.1。新型变径提升管对斜管下来的催化剂起到了重新分配的作用,抑制了传统的“环-核”流动,使颗粒浓度径向分布更加均匀。     

分布器型式对组合式气固环流反应器流体力学特性的影响

针对催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在组合式气固环流反应器大型冷模实验装置上,研究分布器型式对环流反应器流体力学特性的影响。结果表明,在分布器上方0.50 m高度范围内分布器型式的影响较为明显,经过分布器的气体和颗粒对环流反应器内颗粒（团）的作用范围为：采用凹形球面板时主要作用于凹面上方中心区域,采用平面直孔板时主要作用于分布器上方投影区域,采用凸形球面板时主要作用于凸面上方及周围临近区域,受此影响的区域固含率较低,颗粒速度较高;采用三种分布器时,颗粒环流速度从大到小的顺序为平面直孔板＞凹形球面板＞凸形球面板,固含率的径向分布均匀性从好到差的顺序为凸形球面板＞平面直孔板＞凹形球面板。综合流场均匀性及环流速度调节范围,平面直孔板分布器型式更适用于组合式气固环流反应器。     

变径提升管内颗粒流动特性的研究

采用提升管冷模实验装置,对40mm/20mm和24mm/12mm两种变径提升管和一种20mm单一直径提升管内的颗粒流动特性进行实验。考察了颗粒循环速率(Gs)和气速对变径提升管平均固含率(εs)和截面平均颗粒速度(Up)的影响。实验结果表明,采用变径提升管可改变固含率(εs)和Up分布;40mm/20mm变径提升管扩径段εs保持在0.1～0.3之间;提高Gs或降低气速,截面径向各点的εs都增大。提高Gs会导致Up增大。增大气速对扩径段Up的影响不明显,但会明显提高缩径段的Up。40mm/20mm提升管扩径段εs达到0.20以上,比24mm/12mm提升管扩径段的εs提高30%。相同气速和Gs下,40mm/20mm提升管扩径段底部的εs达到0.25,是20mm提升管的2～3倍。