一种新型气固分离装置结构的优化研究

在已有实验的基础上,结合大型冷模实验、流场实验和计算流体力学(CFD)模拟的结果,以压降和分离效率为综合评价指标,对后置烧焦管出口的气固分离器中心排气管位置(偏心)和中心排气管开缝形式进行了考察。结果表明,保持其它尺寸与基准型分离器一致而中心排气管改为切向开缝形式的分离器,既能保持分离效率不低于基准型分离器,又能降低压降,在实验条件下压降不超过1 900 Pa,分离效率大于98%     

一种新型气固分离器气相流场实验研究

针对后置烧焦管式组合催化裂化再生工艺的要求设计了一种用于烧焦管出口的新型气固分离器.为进一步优化分离器结构,弄清分离机理,采用五孔探针在入口气速为10～22 m(s(1的实验范围内对分离器内部气体流场进行了测试,得出了该分离器内气相流场的整体特性--气流绕中心管旋转,以切向气速为主,愈靠近中心管切向气速越大,径向和轴向气速均较小.同时分析了入口气速对流场的影响规律.在此基础上,给出了计算无因次切向气速的经验公式,公式预测结果与实验值吻合较好.依实验数据计算出了通过两条窄缝及经下方空间返回气量占进入第一条窄缝前气量的比例分别为31%、41%和28%,上述比例不随入口气速变化,说明分离器操作稳定.根据气相流场实验数据结果,指出了进一步结构优选的方向.     

一种新型气固分离器内两相流动的数值模拟

采用数值模拟的方法对带有切向开缝中心管式气固分离器的气固两相流进行了研究.计算中对气相采用了雷诺应力模型,对颗粒相采用了Lagrange坐标系下的随机轨道模型.结果表明:气相流场总体特征为拱形空间内气流以切向速度为主绕排气管做旋转运动,切向气速随径向位置的增加而减小.大部分气体通过开缝进入中心排气管而从中心管排出,少部分气体由排气管下方空间返回入口区.颗粒相的引入对气相流场有显著的影响,分离器拱形空间内同一径向位置的气体切向速度明显降低.颗粒由于自身惯性向边壁运动的趋势改变了气相流场分布,使气体更易向中心管内运动,从而达到较高的分离效率.计算得到的分离效率与实测值吻合较好,证明了数学模型的合理性,为进一步优化分离器结构提供了可靠依据.     

气液旋流分离器排气管结构优化的数值模拟

利用FLUENT提供的RSM模型和DPM模型对采用扩散锥形排气管的切流式气液旋流分离器内部气相流场和液滴轨迹进行了数值模拟,模拟结果显示锥角在0²0°范围内,随着锥角的不断增大,压降小幅度减小,当达到临界角度时压降略高于传统型排气管压降,但分离效率提高了9.2%,因此扩散锥形排气管应用到切流式气液旋流分离器内既可以保持压降基本不变又能提高分离效率。     

后置烧焦管出口新型气固分离器的大型冷模实验

后置烧焦管出口的气固分离器是实现FCC后置烧焦管式组合再生工艺的关键设备之一、设计并筛选出了一种基于离心与惯性协同作用的新型气固分离器。以FCC平衡剂为物料,在大型冷模实验装置上对其进行了性能测试。实验结果表明,该分离器不仅结构简单,而且操作也比较平稳,分离效率可达96.6％～99.76％,压降不超过3237Pa。通过对大量实验数据的回归分析,建立了分离效率及压降的经验模型,模型的预测结果与实验结果吻合较好。     

基于离心与惯性作用的新型气固分离装置的结构

后置烧焦管出口的气固分离装置是实现后置烧焦管式组合再生工艺的关键设备之一. 在对气固分离机理系统分析的基础上,开发了一种基于离心与惯性协同作用机理的新型气固分离装置. 以滑石粉为物料,在相同实验条件下对9种不同结构尺寸的分离器的分离效率和压降进行了实验测定. 结果表明,不加挡板、不加折边、开缝宽度相同、无因次排气管径在0.50~0.55范围内的结构比较合理.     

排气管偏置分离器分离性能的数值模拟

采用雷诺应力模型（Reynolds stress model,RSM）对旋风分离器排气管中置和偏置时的气相流场进行了数值模拟,并用拉格朗日法模拟了分离器内颗粒的运动轨迹。气相流场模拟结果与实验结果吻合得较好。结果表明：排气管偏置后,分离器内沿排气管偏置方向的切向速度有所提高,排气管下部短路流较小,颗粒离心运动更加强烈,提高了分离效率的同时压降变化不大,分离器经济性更好。     

可用于MVR蒸发系统的气液分离器改进结构分析

针对常规气液分离器对微小液滴分离效率低的不足,提出一种可用于MVR蒸发系统的气液分离器结构,并采用数值模拟结合实验验证的方法对其分离特性进行研究。首先,利用数值模拟的方法分析了气液分离器内部流场和压力场,确定了影响分离效果最明显的位置,然后提出了在该位置加装不同数量3/4圆环形挡板的分离器结构。其次,模拟研究了此种新结构的分离效率和压降等分离特性以及挡板数量变化的影响规律。最后,通过实验验证的方法分析了数值模拟结果的可靠性和新结构的分离效果。研究结果表明：圆柱型筒体是影响分离器分离特性的关键部位,在气液分离器圆柱形筒体内部增加3/4环形挡板,能够增加物料切向运动的有效长度,降低物料的径向速度,从而显著提高微小液滴的分离效率,气液分离器整体压降却增加不多;而且随着环形挡板数量的增加,该结构气液分离器的分离效率和压降均明显提高。在本文计算条件下,加装3/4圆环形挡板的气液分离器结构,可以将直径在3 μm以下的液滴分离效率提高15%,而压降仅增加了200Pa。综合气液分离器效率和压降影响,加装两个3/4圆环形挡板的气液分离器性能最佳。     

1种上行气固分离装置的冷态实验研究

对1种基于离心和惯性协同作用机理的新型气固分离装置进行了结构考察和改进。优选出最佳分离器结构。以废催化剂为原料，对固含量、风速、挡板和原料粒度等影响其分离效率和压降的各因素进行了考察分析。结果表明，固体含量、风速、挡板以及原料粒度对分离器性能均有不同程度的影响．分离器压降与气体所占的相对空间和排气管内旋流中心偏离轴心的程度有关。固体出口处的缩1：7可以减少分离过程中的返混现象。     

高含硫气田螺旋流场沉积硫颗粒分离模拟研究

通过建立数值模型,模拟分离器内气、液、固分布规律和运动轨迹,以及操作温度、压力等参数对分离性能的影响,研究分离效率和压降敏感因素,从而形成气液固分离工艺,为设计用于现场的分离设备提供科学支撑。     

组合约束型提升管出口气固分布器的压降

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,通过实验研究了不同操作条件下提升管出口气固分布器的压降,并与常规气体分布器压降进行了对比。实验结果表明,在零床层及有床层的操作模式下,气固分布器压降均随提升管内表观气速和颗粒循环强度的增加而增大,在颗粒循环强度较低时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而增大,在颗粒循环强度较高时,气固分布器压降曲线变化的斜率随着表观气速的增加而减小;随着开孔率及上部流化床层压降增加,气固分布器压降呈降低趋势,当流化床层压降达到一定程度后,分布器各孔方可实现有效布气,此后气固分布器压降趋于近似不变;在相同表观气速及开孔率下,气固分布器压降大于常规气体分布器压降。     

多旋臂气液旋流分离器内气相流动特性分析

为考察费托合成过程中用于油气分离的新型多旋臂气液旋流分离器内气相流场分布特性,明晰离心分离效果,采用RSM湍流模型对分离器气相流场进行模拟研究,所得压降与实验数据吻合较好,表明该模型适用于模拟该分离器。根据结构特点和压力分布特性,将分离器划分为四个区：进料管区、旋臂区、环隙区和分离区。结果表明,气体流经旋臂时运动方向改变产生的阻力损失占总阻力损失的60%以上;经旋臂排出后气体分为三股,即沿封闭罩逆时针上行流和下行流,以及沿旋臂与进料管之间区域顺时针上行流;环隙区轴向高度1.472 m,周向位置45°, 135°, 225°, 315°附近形成轴向速度为零的横向旋涡,同时气体在环隙区内径向位置|r/R|=0.972处出现切、轴向速度的最大值,且运动角度均稳定维持在37.43°附近;分离区内上下行流界限清晰(位于|r/R|=0.854)且切向速度符合Rankine涡结构,拟合得到平均准自由涡旋涡指数n=0.697;旋臂附近区靠近外侧壁面处(|r/R|=0.893)和环隙区内|r/R|=0.972处的切向速度均对入口气速的变化较敏感。     

Modeling of core flow in a gas-solids riser

The heterogeneous flow structure in gas-solids riser reactors is typically represented by an upward solids flow in the core region and a back-mixing downward solids flow in the wall region. The hydrodynamic and reaction characteristics in these two regions are highly different, as most reactions with fresh catalyst solids occur in the core region and mostly spent catalyst solids are found in the wall region. Gross understanding on gas-solids riser flow can be conveniently obtained from a cross-section averaged one-dimensional modeling approach, which is probably only valid for the core region. The success of such an approach, however, has to rely on the appropriate modeling of controlling mechanisms of riser flows. Our recent studies show that commonly-employed Richardson-Zaki equation overestimates the hydrodynamic forces in the dense phase and acceleration regimes; there is also a non-negligible effect of solids collision on solids acceleration, and the wall effect should be taken into account in terms of wall boundary and back flow mixing. In this paper we propose a new mechanistic modeling to describe the hydrodynamics of upward flow of solids in a gas-solids riser, with new formula of hydrodynamic phase interactions. The modeling results are validated against published measurements of pressure and solids volume fraction in a wide range of particle property, gas velocity and solid mass flux. Parametric effects of operation conditions such as transport gas velocity and solid mass flux on hydrodynamic characteristics of riser flows are predicted.     

提升管出口T型弯头压降特性的实验分析

在大型循环流化床装置上,以FCC催化剂颗粒为实验物料,针对提升管出口T型弯头用动态压力传感器测量了操作参数和结构尺寸变化对其压降的影响,系统地分析了T型弯头的压降特性。实验结果表明T型弯头的压降与颗粒浓度呈线性关系,与入口速度（提升表观气速）呈二次方关系;T型弯头出口管截面积的减小使得压降显著增大;T型弯头盲管高度的增加可使T型弯头的压降降低,但是当盲管高度增加到一定值时,压降减小不明显。盲管高度对压降的影响是由于盲管高度的增加改变了提升管上部压力的分布,使T型弯头入口压力减小,导致T型弯头的压降降低;同时盲管高度的增加也使提升管出口区域的负压约束区长度增加。盲管所形成的负压约束区构成了对提升管出口的约束作用,T型弯头的盲管高度越大负压约束区越长,约束作用越强。     

提升管内气固流动的小波分析

对由光纤探头获得的提升管循环流化床内颗粒体积分数的瞬态信号,采用Dauchveies小波(db4)进行15层的小波分解,并计算各尺度能量分率,以研究提升管底部浓相段与顶部稀相段气固流动结构。结果表明:颗粒速度、体积分数、能量分率在径向分布都呈典型的环核结构;底部浓相段和顶部稀相段的高、中、低频能量分率基本相同,分别在10%,60%,30%左右,说明提升管内大多数的颗粒以聚团形式或密度较大的颗粒群的形式在流化床内流动。操作条件的改变对稀密段气固流动结构的影响不同:颗粒循环流率的改变对密相段的流动影响较大,而气体速度的变化对稀相段的流动影响较大。     

圆管内轴向旋转流切向速度湍流强度

采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了ø300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响.测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成.由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小.通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成.旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度.     

提升管内气固流动特性的离散元模拟

采用离散单元法模型对二维提升管内气固流动特性进行了数值模拟。利用标准k-ε模型模拟气相的湍流流动,考虑了颗粒间的van der Waals力和滚动摩擦的作用。通过对颗粒和气体流动行为的分析,得到了颗粒浓度、速度、温度及气体速度等的分布,研究了表观气速和颗粒循环速率对颗粒流动的影响。结果显示:颗粒在提升管内呈现边壁浓、中心稀的环核流动及上稀下浓的流动结构;气固两相都存在一定程度的返混现象;增加表观气速,使颗粒浓度降低、速度增大,颗粒分布更均匀;增加颗粒循环速率,使颗粒浓度增大,而颗粒速度对颗粒循环速率的变化不敏感,颗粒分布的不均匀性更强。模拟结果与文献中实验定性吻合。