连续内环流三相反应器局部流动特性

在φ200 mm×2500 mm连续内环流三相反应器内，考察了空气 水 玻璃珠体系反应器内局部流动参数随操作条件的变化规律。结果表明，导流筒内截面平均气含率随表观气速的增大而增大，较之气液两相流，在低固含率时，加入固体对气含率影响不明显，而在较高固含率下，气含率有明显降低，但固体再增加时对气含率变化影响不大。在较低表观气速下，进料浆速对导流筒内气含率轴向分布趋势有一定的影响，但在较高表观气速下影响不大，导流筒内的气含率大于环隙内的气含率且随气速增大差别更加明显，浆相连续有利于气相分散并增大环隙内的气含率。导流筒内循环浆速径向分布呈抛物状，中心高、近壁处低，受进料浆速和入口固含率影响都不大。浆相循环强度最低为20，高可达180。固含率轴、径向分布受表观气速和进料浆速的影响，固含率轴、径向分布基本均匀，随进料浆速增加，反应器内固含率降低。     

多相气升式环流反应器局部相含率和环流速度

气升式环流反应器流动特性研究大多都局限于流动参数的平均特性研究,涉及气-液-固系统流动特性的研究也较少。在200×2500mm气升式环流反应器内,实验研究了空气-水两相及空气-水-玻璃珠三相体系中局部气、固相含率以及浆(液)相环流特性等随操作条件以及液、固相物性的变化规律。结果表明:1两相体系导流筒中截面平均气含率轴向分布有局部极大值,而固体和乙醇的加入使得气含率轴向分布平缓;2两相体系循环液速在导流筒中呈径向抛物分布,在环隙分布较均匀,加入固体和乙醇后对循环速度分布和大小影响不大;3三相体系中导流筒内固含率沿轴向升高呈增大趋势,环隙内轴向分布均匀;导流筒内、外固含率径向分布均不均匀,以近壁处为大;加入乙醇后对固含率分布影响不大。     

强制内循环煤直接液化反应器流动性能的冷模与热模试验

采用玻璃珠-水-空气三相体系在煤直接液化强制内循环浆态床反应器中进行冷模试验,考察了强制内循环反应器内的固含率、气含率、压降、流速分布和湍动强度的分布情况。结果表明:反应器内固含率要高于进料中的固体含量;床层轴向压降保持不变,但受固相含量影响;气含率随床层增高而增加;同一截面上湍流脉动能量径向分布较均匀,而随气体表观速率和浆液表观速率增加,脉动能量增加;反应器内多相流在分布板区强烈混合引起的压力脉动沿轴向向上逐渐衰减;靠近反应器壁的有些区域存在回流现象。测定了工艺开发单元(PDU)中试装置反应器内的液体密度分布,并计算了其气含率。结果表明,冷模试验与PDU中试中的气含率在床层中的变化趋势相同,且反应器具有较好的操作稳定性。     

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.     

气—液鼓泡塔中流动域和气含率的分布

利用压力传感器测定了气、液两相鼓泡塔内不同轴、径向位置上压强的脉动信号,分析了压强的脉动特征,计算了各种操作条件下塔内不同轴向位置截面上的平均气含率,发现在不同操作条件下,塔内可能出现不同的流动域分布,即全塔均匀鼓泡域、全塔过渡域、全塔湍动鼓泡域以及均匀鼓泡域,过渡域和湍动鼓泡域中的相邻2种或3种流域同时出现在塔内不同高度上。提出了不同轴向位置流域转变的判据。并发现,同一截面的不同径向位置基本处于同一流域内。同时研究了鼓泡塔内气含率在轴向上的分布规律,给出了不同流动域内气含率的关系式。     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,结合提升管与流化床的特点,建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.     

湍动流化床过渡段固含率分布特征的实验及数值模拟

在湍动流化床中,过渡段对于包括甲醇制烯烃在内的气固催化快反应有着重要的作用。采用PV6D反射型光纤探针对内径95 mm的湍动流化床内过渡段的固含率分布和脉动参数进行了测量,分别考察了表观气速和静床高的影响,并采用修正的基于颗粒动力学的三段曳力双流体模型进行模拟。实验表明,湍动流化床过渡段中固含率的轴向分布呈现S型和指数型两种类型,固含率轴向与径向分布都在过渡段内出现最大梯度,表明过渡段中固体浓度分布比稀相段和密相段更不均匀。表观气速和静床高的变化将导致S型和指数型分布的相互转变,并且对过渡段底部与壁面附近的固体高浓度区影响最为显著。局部固含率脉动概率密度分布表明,在静床高较小时,随着气速的增大,床层下部气含率最大值位置将从中心区移动至环隙区,呈现气含率的双峰型分布。本文提出的修正三段曳力模型考虑了颗粒团聚的影响,对过渡段中分布板影响区之外的固含率分布均能较好地模拟。     

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.     

旋流气升式环流反应器的局部气、固含率研究

新开发的有机玻璃制成的旋流气升式环流反应器高为2m、内径75mm,内部的导流筒(材料为PVC)高1.5m、内径30mm、壁厚1mm且装有10组扇形翅片。以空气-水为两相物系、空气-水-K树脂为三相物系,常温常压下,利用直接取样法和压差法测量了上升区局部的气含率、固含率,研究了不同底部间隙、不同固体装填体积分数下表观气速和轴向高度对上升区气含率、固含率的影响规律。结果表明:在均匀鼓泡流时上升区气含率随着表观气速的增大而增大,随着固体装载量的增加而下降;在非均匀鼓泡流时,三相物系的气含率高于两相物系的气含率。随着上升区轴向高度的增大,上升区局部气含率变化不大;底部间隙越大,气含率越小。在轴向高度较低时上升区固含率随着轴向高度的增大而减小,轴向高度较高时上升区固含率基本保持不变。     

一种利用压强脉动信号测取鼓泡床中气含率的新方法

实验测定了不同操作条件下反应器内的压强脉动时序信号. 提出了一种求取鼓泡床中气含率的新方法，即根据压强脉动信号功率谱图上的主频确定小波主尺度，并对该尺度上的细节信号的间歇行为进行了分析；在局部间歇性分析(Local Intermittency Measurement, LIM)曲线上选取合适的阈值后，对不同径向位置上的局部气含率进行估计，进而得到反应器截面上的平均气含率值. 根据本工作的LIM分析方法计算得到的气含率与压降法实测气含率相一致，这也表明反应器内气泡是导致鼓泡流中压强脉动的主要因素.     

三相环流反应器中的局部相含率

将压差法与气-液相间滑移速度相结合,提出了利用压差法测量三相区局部相含率的新方法,将测得的局部固含率进行轴向平均并与由颗粒装填量计算所得的固含率进行比较,证明了此方法的可靠性. 利用所提出的测量方法,考察了三相环流反应器中气含率和固含率随操作条件的变化规律. 结果表明,气含率随表观气速的升高而增大,且随轴向位置的升高而增大;大颗粒具有破碎气泡的作用,能够增大反应器内的气含率;固含率随表观气速的增加而降低,且沿轴向变化较大. 表观气速较高时,固含率沿轴向近似呈S形分布.     

高长径比三相内环流反应器中相含率的分布研究

在长径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,根据无因次准数建立了气含率、固含率的预测模型,考察了在不同粒径下上升区气含率、下降区气含率和上升区固含率、下降区固含率随表观气速的变化规律和不同固体体积分数下轴向固含率的分布情况。结果表明：不同粒径下上升区和下降区气含率均随表观气速的增大而增大;当粒径（ds）≤0．3mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加,当0．3mm〈d。≤1．2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势,下降区固含率随表观气速的增加而下降;不同固体体积分数下的固体颗粒的固含率随着轴向高度的增大而变化平缓,能够均匀的分布在反应器中;气含率和固含率的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6．32％、4．56％。     

固体装载率对局部相含率与液体速率的影响

在高径比(H/D=22.2)的气升式内环流反应器中,以空气-水-石英砂为物系,研究了固体装载率和表观气速对导流筒内局部固含率、下降区固含率、下降区液体速率的影响,以及导流筒内局部气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明,固体体积分数小于或等于1.0%时,导流筒内局部固含率和下降区固含率与表观气速无关;下降区液体速率随表观气速和固体装载率的增加而下降;固定表观气速,在固体体积分数小于或等于2.0%时,导流筒内气含率在轴向是均匀分布的。     

气-固环流反应器内瞬态流体力学特性的数值模拟

采用双流体模型和颗粒动力学理论,并考虑颗粒团聚现象对气固相间曳力的影响,对气-固环流反应器内的流体力学特性进行了数值模拟。模拟的时均固含率和颗粒速度与实验数据具有较好一致性,验证了模拟方法的可靠性。模拟结果表明：气-固环流反应器内瞬态固含率的分布具有典型聚式流态化的非均匀特征;压力脉动沿床层轴向的分布在一定程度上定性反映了气泡运动的信息;颗粒速度的时间序列和概率密度分布函数表明,床层各径向位置均存在颗粒的向上、向下运动,颗粒主体在床层内向上运动的同时还存在微观的内循环运动,模拟值为颗粒时均速度的径向非均一性宏观分布提供了合理的微观解释。     

强制浆液外循环三相气升式内环流反应器的气含率特性

在有机玻璃制成的组合反应器(φ0.284×3.0 m)内,采用空气、水和玻璃微珠(密度为2420 kg/m3和平均粒径为5.92×10-4 m)的气液固三相体系考察了不同表观气速下环流反应器内不同流动区域的径向局部气含率和内、外环轴向平均气含率分布特性.局部气含率采用电导探针法测定,轴向平均气含率由局部气含率的截面积分得出.结果表明气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率.浆液外循环的引入和新型气体分布器的采用可以增大导流筒内气体与浆液两相的接触面积和湍动强度,从而使传递过程得到了强化.     

浆态床鼓泡反应器中气含率的分布

为了解浆态床鼓泡反应器中气含率的分布规律,在浆态床鼓泡反应器冷模试验装置中,以空气-液体石蜡-氧化铝微球为试验介质对装置内部的气含率进行研究。利用压差法研究了表观气速、浆液固含量等操作条件对反应器床层总体气含率的影响,利用光纤探针法研究了浆态床反应器不同操作条件对局部气含率的影响,总结了反应器内部气含率的分布规律,并由此对工业浆态床鼓泡反应器的设计进行了研究。结果表明:浆态床反应器的总体气含率随表观气速的增大而增大,固体细颗粒的加入能适当降低总体气含率;在反应器底部,分布器对气体的均布作用明显,但表观气速的增大能够弱化分布器的作用;在反应器的中上部气含率不受分布器的影响,沿反应器径向呈现"中间高,边缘低"的分布趋势;在工业费托浆态床中,表观气速不宜低于0.12 m/s,内过滤系统适宜设置于反应器中上部靠近器壁的位置。     

高长径比环流反应器中气、固含率的轴向分布研究

在高长径比(H/D=22.2)内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,研究了表观气速和固体装载量对平均气含率、下降区气含率、上升区固含率、下降区固含率的影响,以及上升区气含率、固含率随轴向高度的分布规律.结果表明:平均气含率、下降区气含率随着表观气速的增加而增加,随ω(固体)增大而下降,ω(固体)≤2.6...     

固液分布器中主分布器的实验研究

在不同结构形式的主分布器条件下，研究了表观液速对换热管中固含率、下管箱内床层高度、静压降及平均固含率的影响。利用体积容积法测量了换热管束中的固含率、刻度尺测量了下管箱中的床层高度、U形管测量了下管箱的静压降，并运用差压法测量了下管箱中平均固含率。采用不均匀度函数衡量了不同结构条件下管束间固含率的不均匀程度。实验结果表明：在换热管下方增加优化后的主分布器可以均匀分布固液两相；主分布器直径变化时对下管箱内流动特性的影响大于主分布器轴向位置改变时的影响。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%（体积分数）范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明：总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%（体积分数）后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%（体积分数）时,小气泡基本消失。     

液固磁稳定床中固含率分布与液相返混特性

固含率分布和液相返混系数是液固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据。采用床层膨胀高度法、光电法及瞬态点源示踪技术,研究了以SRNA-4催化剂为固相的液固磁稳定床中固含率分布和液相返混特性。试验结果表明,固含率轴向分布基本均匀,径向为“扁-陡曲线”分布。固含率随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大,随液体粘度和空塔液速的增大而减小。轴向液相返混系数随磁场强度和液体粘度的增大而减小,随空塔液速和颗粒尺寸的增大而增大。回归得到了固含率和轴向普朗特准数的关联式,预测值与试验值吻合良好。