气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

气液固微型流化床的气液传质系数

气液固微型流化床兼具微流控系统和宏观流化床的优点,具有潜在的工业应用价值,但是,其应用基础研究十分缺乏。采用床径为1.6、2.0、2.4 mm的微型流化床,平均粒径为160、190、220 μm的玻璃珠,以NaOH水溶液吸收CO₂气体为气液传质研究物系,在三相流动研究的基础上,考察了表观气速、表观液速、床径、粒径等对三相微型流化床气液体积传质系数的影响。结果表明：给定其他条件,增加表观气速和表观液速,均使气液体积传质系数增大;表观气速主要改变气含率和气液相界面积,而表观液速主要改变液相传质系数;床径减小,气液相界面积和气液体积传质系数都有所增加;在气液两相微型鼓泡塔中加入固体颗粒,形成三相分散鼓泡流型,当其固含率在0.15~0.30范围内,可显著增强气液传质,其气液体积传质系数是气液微鼓泡塔的1.1~1.5倍;与宏观流化床相比,相同条件下微型床的相界面积为它的5~10倍,是微型流化床具有更大体积传质系数的主要影响因素。     

液固流态化流区及其变迁

本文在两种不同的有机玻璃床中(φ50×1200+φ100×500 mm),采用示踪粒子的方法,对液固流态化的流况及其随液速的变迁进行了研究。实验发现,液固流态化的流况随液速的增大,首先由固定床进入均匀散式流化;当液連增大到某一值(本文称为起始湍流速度)后,床层将进入湍流流化状态;再进一步增大液速,则床层变成下部湍流流化和上部均匀散式流化共存的流化状态。在本实验条件范围内,实验测得的湍流流化床层高度与有关的参数关系为而床层的总高可由Richardson方程式求得。     

气-固微型流化床压降特性及最小流化速度的实验研究

在内径3~20 mm的4个气?固微型流化床中,分别考察了A类和B类两种类型颗粒的流化特性,同时研究了床几何结构、操作条件、物相性质等各因素对其最小流化速度的影响。结果表明,气?固微型流化床中的床层压降特性与颗粒类型密切相关,不同的流动状态下两种类型颗粒的流动特性存在显著地差异。在固定床阶段,与B类颗粒相比,A类颗粒与壁面间的相互作用更强,导致实验压降值偏离计算值更大;在流化床阶段,较大颗粒粒径和密度的B类颗粒在床层内表现出了更高的气泡聚并和破裂程度,加剧了颗粒间的碰撞,增加了能量损失,从而形成了较高的实验压降。气?固微型流化床的最小流化速度除了与操作条件和物相性质有关外,床内径与静态床层高度对其也会产生显著影响。随着床径减小及静态床高增加,最小流化速度逐渐增加。综合考察各影响的因素,提出了适用于实验考察范围内预测微型流化床最小流化速度的经验关联式。     

摇摆流化床的气固流动特性

采用二维床及D类玻璃珠颗粒,在表观气速U_g=0.267~0.978 m/s、摇摆幅值Θ=5°~15°、摇摆周期T=8~20 s的实验条件下,对摇摆流化床内气固流动过程及气体通过流化床的时均总压降进行了研究,并通过与常规直立床和倾斜床进行对比,分析了床体摇摆对气固流动的影响。结果表明,在平均角速度ω_ave>2(°)/s的条件下,当初始装料量和表观气速相同时,气体通过摇摆流化床的时均总压降低于直立床,高于相同最大倾角时的倾斜床;惯性力所产生的压降在0.15 kPa以下,其对床层压降的影响较小,床体倾斜导致气体向边壁区域聚集是影响摇摆流化床内气固流动特性的主要因素,由此导致床内存在固定床和下行移动床状态的非流化区域,使得处于流化区域的颗粒量减少,同时还降低了流化床层在竖直方向的静压。非流化区域的存在还会造成流化区域的气速高于直立床表观气速,两者表观气速之比为1.04~1.49。     

气固流化床内射流穿透深度的CFD模拟及其实验验证

在经典的Gidaspow无黏性双流体模型中考虑离散颗粒对流体和固体动量守恒方程的影响后,建立了一个具有模拟大规模流化床内气固两相流体动力学特性潜在优势的简化数学模型。在CFX4.4商业化软件平台上通过增加用户自定义子程序考察了二维气固流化床(高2.00 m、宽0.30 m)内射流气速、喷嘴尺寸、环隙气速和静床高度对射流穿透深度的影响,并以树脂颗粒(粒径670 μm、密度1474 kg·m^-3)为研究对象在厚度为0.025 m的矩形床内进行了对比实验。结果表明,选取空隙率为0.8的等高线作为射流边界比较合适;射流穿透深度随射流气速或射流喷口尺寸的增加而增大;射流周围环隙气速由0变到最小流化速度时,射流穿透深度随环隙气速增加而增大,在最小流化速度时达到最大值,然后随环隙气速增加单调减小,当环隙气速大于2.5倍最小流化速度时,射流穿透深度减小程度变缓;在相同射流气速下射流穿透深度随着静床高度的增加而减小,静床高度对射流穿透深度的影响随着射流气速增加呈现扩大的趋势。     

微小流化床流化特性分析

在内径4.3, 5.5, 10.5, 15.5, 20.5和25.5 mm的6个气固微小流化床中,考察了石英砂和不同粒径的催化裂化催化剂的流化特性. 研究了流化床尺寸、颗粒及流化介质物性对微小流化床床层压降及最小流化速度的影响. 结果表明,不同颗粒及流化介质的微小流化床床层压降实验值均小于计算值. 传统的压降关联式不能直接用于微小流化床. 其最小流化速度随床径减小呈指数增大,在高径比1:1~3:1范围内,最小流化速度随料高增大近似呈线性增大,其增大速度随床径增大而变缓. 基于实验数据得出了微小流化床最小流化速度的关联式.     

半圆柱形液固导向管喷动流化床流型的研究

本文以平均粒径为0．9mm的玻璃珠为流化颗粒,常温水为流化介质,在直径为97mm的半圆柱形液固导向管喷动流化床中,通过对喷动区和环隙区单位床高压降-流速曲线的分析并结合实验现象的观察,确定了喷动区和环隙区的流型及流型转变速度,在此基础上提出了液固导向管喷动流化床的流型图。研究结果表明,环隙达到流态化后,在较大的喷动液流速范围内,颗粒层能维持在较低的膨胀牢状态下。这对流化床电极非常有利;液固导向管喷动流化床有较大的操作弹性。     

气液固三相提升管中液相扩散特性

对气液固三相提升管内液相扩散行为进行了实验研究,考察了气速、液速以及颗粒循环量等操作因素对液相扩散系数的影响规律.实验研究结果表明,轴向、径向扩散系数随气速的增大均增大;轴向扩散系数随液速的变化基本保持不变,径向扩散系数随液速的增大而减小;轴向、径向扩散系数随颗粒循环量的增大均增大.与传统的气液固三相流化床相比,气液固三相提升管反应器更接近理想的平推流反应器.     

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...     

气-液-固三相逆流化床动力学研究

在内径0.152 m,高2.5 m的气-液-固三相逆流化床中系统研究了动力学特性。获得了气体和液体速度及聚乙烯和聚丙烯颗粒密度对各相含率和最小液体流化速度的影响规律。研究发现随着气体速度的增加,液体最小流化速度降低;随着气体或液体速度增加,气体、液体和固体含率均增加。     

(气)-液-固循环流化床的研究进展

液-固(L-s)和气-液-固(G-L-s)循环流化床与传统流化床相比具有许多优点。但对L-S和G-L-S循环流化床的研究报道与气一固循环流化床相比较少。由于新加工过程和生物技术的兴起．拓宽了L-S和G-L-S循环流化床的应用新领域。为了理解和掌握这两种液相循环流化床的流动特性,对其近期的研究进展进行了回顾,并对其在生物化工中的应用前景进行了展望。     

磁场生物流化床特性的研究

本文对含磁粉固定化细胞载体—聚丙烯酰胺凝胶粒子的液固、气液固流化床在均匀磁场中的流化特性进行了研究.测定了液固床的空隙率及气液固三相床的相含率,并获得了相应的关联式.本文同时研究了磁场流化床用于固定化细胞处理含酚废水,进行催化降解反应的应用效果.     

气-液-固三相逆流化床热量传递研究

在内径0.152 m,高2.5 m的气-液-固三相逆流化床中系统研究了热量传递特性特性。获得了气体和液体速度及聚乙烯和聚丙烯颗粒密度对内置加热器与床层间热量传递系数的影响规律。研究结果表明密度相对高的聚乙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数比密度相对低的聚丙烯颗粒的逆流化床的热量传递系数大;随着气体速度的增加,热量传递系数增加。然而,随着液体速度增加,热量传递系数具有最大值。在热量传递系数达到最大值时对应的液体速度随着颗粒密度或气体速度的增加而降低。     

Hydrodynamic transition from fixed to fully fluidized beds for three-phase inverse fluidization

Hydrodynamic transition experiments, involving both visual observations and pressure measurements, were performed using a 127-mm diameter Plexiglas column for threephase inverse fluidized beds of 5.8-mm polyethylene spheres. Observations of interest not hitherto reported include: (1) A marked hysteresis effect (even when starting from a loose-packed condition) between inverse fluidization and defluidization which disappears when a wetting agent is added to the downflowing water. (2) An initially abrupt decrease of the minimum fluidization voidage, є_emf, followed by a gradual rise of є_emf with increasing superficial gas velocity, Ug. (3) Lower values of emf for three-phase systems than for the corresponding two-phase (liquid-solid) fluidized beds because local agitation by the gas bubbles causes bed compaction near the minimum liquid fluidization velocity, Ulmf. (4) Ulmf vs. Ug curves which, though they always show Ulmf decreasing as Ug increases, sometimes display concave-downward, sometimes concaveupward and sometimes S-shaped behavior.     

气液固流化床流动介尺度模型研究进展

气液固流化床是一类重要的多相反应器,在化工及相关过程工业中有着广泛的应用。然而,由于对该类反应器内复杂的多相流动结构的定量描述十分有限,目前其设计和放大仍主要依赖经验,致使放大成功率低,反应结果达不到预期效果。因此,建立和完善气液固流化床内的三相流动机理模型,是实现该类反应器科学设计和放大的关键环节。对气液固流化床内的三相流动机理模型的研究进展进行了分析,着重总结了三相流动介尺度机理模型研究的新进展,并指出了存在的问题和进一步研究的方向,希望为该类反应器的基础研究和工业应用提供参考。     

高温鼓泡流化床流体动力学特性

流化床催化反应过程、煤的流化床燃烧与气化等多种流化床工业应用都涉及高温操作。文中结合研究结果 ,综述了温度对最小流化速度、最小流化空隙率、床层膨胀比和气泡直径的影响。在前人研究的基础上 ,对今后高温流化床的基础研究提出了建议