大颗粒流化床停留时间分布的研究

通过对流化床尿素造粒的冷模研究，对4种与尿素有类似流化特性的大颗粒物料在两级矩形流化床内的停留时间分布进行了系统的实验研究，分别考察了气速、床高（高径比）、粒径、物料流量等操作变量对停留时间分布的影响。气速是影响停留时间分布的主要因素，随着气速的增加，物料在床内的混合加剧，并同时伴有循环流。大颗粒床层混合程度较差时，更易出现腾涌现象。停留时间分布的测定为流化床造粒器的工业设计提供了基础数据。     

气固流化床内宽筛分硅粉颗粒流化特性的数值模拟

为了探索气固流化床内宽筛分硅粉颗粒的流化特性,作者利用计算流体力学CFD软件,采用Eulerian气固多相流模型及SIMPLE算法,模拟了二维气固流化床内不同粒级硅粉颗粒在不同操作件下的气固流化特性;分析了气泡生成、长大和破裂的过程,研究了床内气固两相的流动特性.结果表明:模拟计算值与实验值吻合较好,最大相对误差为10...     

内构件流化床内颗粒停留时间分布及压降的研究

在一内径100 mm设有数块水平挡板、底部连续加料与上部溢流排料的流化床内,采用粒径为0.04～1.0 mm的精钛矿颗粒,进行了加料速率、流化气速以及内构件间距等不同因素对物料在床内停留时间及压降影响的实验研究,发现在气固并流向上的流化床内增设水平挡板且d/H=1时,可形成稳定流化状态.研究结果表明流化床中的持料量主要取决于流化气速,平均停留时间随流化气速和进料速率增加而降低.平衡时床内颗粒平均粒径大于进料颗粒的平均粒径,使得床内小颗粒停留时间减少,大颗粒停留时间延长,可满足各种粒度颗粒所需的反应时间.通过简化经验公式计算表明,大而重的颗粒趋于沉积床底,小而轻的颗粒趋于漂浮床顶.实验数据可为此类床型用于气固相加工提供有益参考.     

大颗粒三相环隙气升式环流反应器流体力学行为

研究了大颗粒体系气升式环流反应器的流体力学行为,考察了表观气速和颗粒质量分数对床层膨胀高度、循环液速和固含率分布的影响。实验结果表明,按颗粒的运动状态不同可以将反应器内的流动分为3个区域,即固定床区域、膨胀床区域和循环床区域,各流动区域内的流动行为存在显著差异。随着颗粒质量浓度的增大,起始流化气速和最小循环气速均显著增大。基于三相流化床的流化模型和环流反应器的特点建立了相应的数学模型,对大颗粒三相气升式环流反应器的起始流化气速和最小循环气速进行了预测,模型预测值与实验测量值吻合良好。     

气固搅拌流化床流化和干燥特性实验研究

通过测定不同搅拌速度、床层高度下床层压降与表观气速间的关系,研究了水平桨气固搅拌流化床的流化特性。实验表明,搅拌增强了气固接触,明显改善了流化床的流化质量。对不同气速、不同搅拌速度下气固流化床的干燥特性进行了实验研究,结果表明,搅拌能加快流化床的传热速率,提高干燥速度。     

一种脱油油砂颗粒流态化特性的研究

在一套直径300mm、高7000mm有机玻璃冷模实验装置上对一种脱油油砂颗粒流态化特性进行了实验研究。粒度测试结果表明该脱油油砂颗粒的粒度分布宽,细颗粒含量较多。采用FXC-Ⅱ/32型压力迅检仪测量了不同表观气速下脱油油砂颗粒沿流化床轴向平均颗粒浓度分布,采用压力梯度法测量了脱油油砂颗粒的密相床膨胀,采用容积法测量了自由空域内脱油油砂颗粒的夹带量。实验结果表明,该脱油油砂颗粒的流化性能较好;轴向平均颗粒浓度分布整体表现为下浓上稀,其中,在密相区随表观气速增加而减小,在稀相区随表观气速增加而增大;基于床高比表示的密相床膨胀随表观气速增加先增大后减小,在表观气速为0.362m·s-1时密相床最大;自由空域内的夹带量随表观气速增加而增大;建立了密相轴向平均颗粒浓度的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

二元颗粒在气固流化床中的轴向分布特性

通过大型冷模实验测量了二元混合颗粒在流化床内沿轴向的压力分布，考察了混合颗粒截面平均浓度沿轴向的变化特点。通过分析床层压差分布的转折点，确定了密相区与稀相区的相交界面高度，根据实验结果给出了经验关联式。通过压力信号标准差分析了流化床内混合颗粒流化性能与表观气速和颗粒混合比例的关系。实验结果表明，平均颗粒浓度沿流化床轴向呈下降趋势，且在密相区中随表观气速增加而减小，在稀相区中随表观气速增大而增大。二元颗粒中大颗粒比例x_l为0.685时，密相区总平均颗粒浓度存在最大值。密相区与稀相区相交界面高度随表观气速增大而提高。当0.225≤x_l≤0.479和0.561≤u_g≤1.122 m/s时，流化床内二元颗粒的流化性能和混合程度达到最佳。     

基于枝条形分布器的气固流化床固体浓度分布的冷模研究

实验在内径0.284 m、高度6.000 mm的气固流化床冷模装置中进行,采用PC6D型光纤粉体浓度测试仪来检测固体浓度.实验系统由有机玻璃简体、气体分布器、气体缓冲罐、冷冻干燥机、流量计、光纤测试仪和旋风分离器组成.使用开孔率均为0.5%的枝条形气体分布器,以直径为154x10-6～180x10-6m、密度为2550 kg·m-3的砂子为固体颗粒,压缩空气为流化气体,在静床高为0.6～1.5 m,表观气速为0.3～0.6 m·s-1的情况下,考察了时均固体浓度在空间的分布.实验结果表明,表观气速的增加会使密相区的固体浓度减小.静床高较小(0.6 m和0.9 m)时,床层密相区的固体浓度的分布比较简单,随着径向位置的增加而增加,随着轴向位置的增加而减少.静床高较大(1.2 m和1.5 m)时,床层密相区的固体浓度的分布比较复杂:径向仍然呈现中心稀边壁浓的规律;从轴向来看,整体上满足下浓上稀的分布,但是中问存在波动,床层高度H=0.4～0.8 m区域固含率的等值线近似为椭圆.实验结果能够为工业流化床反应器优化设计提供基础数据.     

生物质快速热解流化床反应器气力进料特性

为探究不同工况下热解流化床反应器的气力进料特性,设计并搭建了流化床反应器气力进料冷态试验装置。生物质原料和床料分别采用落叶松颗粒和石英砂颗粒,通过试验测得了本装置的最小流化速度,研究了流化气速、喷动气速、流量比、初始静床高、石英砂粒径、落叶松粒径对流化床反应器气力进料特性的影响。试验结果表明：流化气速和喷动气速的增加均会提高进料率;流化气使床料流化并为落叶松颗粒提供进料空间,喷动气为落叶松颗粒提供动能,并平衡一部分床层压力;落叶松与石英砂粒径的增加对进料效果不利;流量比在1.9~2.7范围内进料率高且稳定性好。本文构建了生物质、床料与气体的三相流物理及数学模型,开展试验对模型进行验证,结果表明其预测误差为±13%。     

液固和气液固微型流态化研究进展

在百年流态化的研究过程中,涉及到直径不同的流化床。但是,多以流化床的大型化为研究目标,对微型流化床及其本身特性的研究很少。作为专门处理固体颗粒的流态化单元过程,其装置的微型化将兼具微通道反应器和宏观流化床各自的优点,是流态化研究的重要方向。鉴于气固微型流化床已有全面的国内外进展综述,本文仅对液固和气液固微型流化床的国内外研究进展进行分析。结论性内容包括：液固微型流化床床径减小,壁面效应增强,最小流化液速实验值大于Ergun公式计算值;需对描述液固均匀膨胀流化规律的Richardson-Zaki方程加以修正。气液固微型流化床内存在4种典型流型：半流化、弹状流、分散鼓泡流和液体输送流;由于床径减小,出现半流化状态,依据压降表观液速关系曲线等无法确定最小流化液速;气液固微型流化床的反应性能得以有效提升;最后给出了进一步研究的方向,以期为后续研究提供参考。     

粗颗粒在锥型床中的流化特性

通过Ｇｅｌｄａｒｔ－Ｄ类粗颗粒在三种锥形床中的实验表明：随着入口的表观气速的增加,在床中依次出现固定床流区,部分流化区和喷动流区。在固定床区内,压降和表观气速关系可以通过Ｅｒｇｕｎ公式求得：在部分流化床区内;实验和理论计算均表明了由于颗粒所受到的曳力档的轴向高度增加而减小,造成床层轴向上部未流化的颗粒对下部硫化颗粒膨和压制作用,在喷动流化区内,给出了预测锥形床的初始喷动气速和喷动压降的经验公式。     

IMPEDIMENT TO INCIPIENT FLUIDIZATION IN WET BEDS OF POROUS NONSPHERICAL PARTICLES

Fluidized-bed units are efficiently and advantageously employed for drying various wet and sticky particulate materials provided that the bed of such materials can be kept under a fluidized condition. The effect was explored with the incremental addition of water to the bed of nonspherical, porous particles of ceramsite and lignite fluidized with wet air. The limiting fluidization-defluidization point was determined by experiments in a cold model fluidized bed contained in a transparent glass column using wet and dry particles. On the basis of the data amassed, an empirical correlation was developed. This relationship makes it possible to predict the dimensionless excess gas velocity that keeps the wet bed fluidized, as a function of the relative amount of moisture in the bed and the dimensionless particle size.     

IMPEDIMENT TO INCIPIENT FLUIDIZATION IN WET BEDS OF POROUS NONSPHERICAL PARTICLES

Fluidized-bed units are efficiently and advantageously employed for drying various wet and sticky particulate materials provided that the bed of such materials can be kept under a fluidized condition. The effect was explored with the incremental addition of water to the bed of nonspherical, porous particles of ceramsite and lignite fluidized with wet air. The limiting fluidization-defluidization point was determined by experiments in a cold model fluidized bed contained in a transparent glass column using wet and dry particles. On the basis of the data amassed, an empirical correlation was developed. This relationship makes it possible to predict the dimensionless excess gas velocity that keeps the wet bed fluidized, as a function of the relative amount of moisture in the bed and the dimensionless particle size.     

Modeling and control of solar‐grade silicon production in a fluidized bed reactor

A multiscale model predicts silicon production yield and powder loss in a fluidized bed reactor for solar silicon production. The reaction module calculates the silicon vapor deposition and powder scavenging rates. A computational fluid dynamics model predicts temperature and bed density. A population balance model calculates the particle‐mass distribution functions on silicon yield. The model results are validated against industrial data. Furthermore, we conduct a sensitivity analysis to investigate the effect of gas flow rate and inlet silane concentration. Finally, a control strategy is proposed to maintain the process at the desired operating point. © 2014 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 60: 1740–1751, 2014     

Detection of the minimum gas velocity region using Gaussian spectral pressure distribution in a gas-solid fluidized bed

The undesired phenomenon of partial or complete defluidizing can occur in industrial applications involving fluidized beds. That could be prevented by increasing the gas velocity, provided an adequate observation of changes in the hydrodynamic of the fluidized bed is detected early enough. Since the value of gas velocity on defluidization of bed is near the gas velocity at minimum fluidization condition, it is very important to use a methodology that can promptly detect the minimum fluidization velocity region, so that shutting down the process can be avoided. The literature shows that the methods to detect the region of such a velocity are limited, and in practice, the traditional method for determination of minimum fluidization velocity (pressure drop across the bed versus superficial gas velocity) is still the most used. In the present work, a methodology is proposed to detect the region where the minimum velocity takes place in a gas-solid fluidized bed, based on the spectral analysis of pressure fluctuation measurements using a Gaussian distribution curve. Results indicate that the method is satisfactory, and it could be used as a more practical indicator of the region where the defluidization phenomenon occurs.     

提升管-环流床耦合反应器环流床内的固含率分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在提升管-环流床耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床内局部固含率分布及操作条件的影响,采用径向不均匀指数分析比较了提升管上端耦合环流床及耦合常规流化床的流化质量. 结果表明,环流床内固含率随表观气速增加而减小,导流筒底部固含率随外循环强度增加而增加,中上部固含率受外循环强度影响较小,环隙内固含率随外循环强度增加略有降低. 当导流筒内表观气速Ug,d<0.85 m/s时,固含率径向分布的均匀性沿轴向向上逐渐变好,当Ug,d≥0.85 m/s时,则沿轴向向上先变好,在导流筒出口处又变差;环隙内固含率分布趋于均匀的程度依次为环隙中部>环隙下部>环隙上部. 相同条件下,环流床内固含率分布的径向不均匀指数小于常规流化床.     

串行流化床煤气化试验

针对串行流化床煤气化技术特点,以水蒸气为气化剂,在串行流化床试验装置上进行煤气化特性的试验研究,考察了气化反应器温度、蒸汽煤比对煤气组成、热值、冷煤气效率和碳转化率的影响。结果表明,燃烧反应器内燃烧烟气不会串混至气化反应器,该煤气化技术能够稳定连续地从气化反应器获得不含N₂的高品质合成气。随着气化反应器温度的升高、蒸汽煤比的增加,煤气热值和冷煤气效率均会提高,但对碳转化率影响有所不同。在试验阶段获得的最高煤气热值为6.9 MJ&#8226;m^-3,冷煤气效率为68％,碳转化率为92％。     

流化床-提升管耦合反应器内固含率的轴向分布及流动发展

在耦合流化床反应器大型冷模实验装置上,考察了不同表观气速下FCC颗粒在耦合流化床内截面平均密度的轴向分布. 结果表明,反应器轴向固含率可分为底部流化床区域和上部提升管区域. 前者的密相区平均固含率随表观气速增大而减小;后者的平均固含率随表观气速Ug增大而增大,Ug<0.58 m/s时固含率分布均匀,Ug=0.70~1.04 m/s时提升管出口出现约束返混区(>8.62 m),Ug>1.16 m/s时提升管底部出现密度重整区(3.82~4.57 m)、加速平稳区(4.57~8.62 m)和出口返混区(>8.62 m). 确定了耦合反应器内提升管区域截面平均固含率的影响参数,并利用实验数据回归了平均固含率的轴向分布经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

几种典型铁矿粉的流化特性

利用内径150 mm的D型有机玻璃流化床模型,对澳矿、巴西矿、北方矿和钒钛矿典型铁矿粉的流化特性进行了实验研究,获得了其流化特性曲线、初始流化速度和最大床层压降,并将初始流化速度的实测值和理论计算值进行了比较分析. 结果表明,矿粉粒度是影响其流化特性的最主要因素,粒径越大,床层所需要的初始流化速度越大,实测值和理论估算值基本相符;粒度小于0.125 mm钒钛矿流动性较差,在流化过程中易出现沟流现象;粒度范围较宽的矿粉,完全流态化时,细矿粉随气流夹带逸出明显;在粒度相同的情况下,几种不同的铁矿粉的开始流化速度接近,而床层压降有较大差异,巴西矿的床层压降明显大于其他三种铁矿粉. 最大床层压降的最小值均出现在粒度为0.25~0.425 mm,为铁矿粉流态化还原过程中较适宜的粒度范围.