短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。     

N形折流反应器内颗粒停留时间分布研究

针对磷石膏矿化反应在搅拌反应器中易发生沉积形成死角的缺点,提出颗粒流化状态良好的内置双层导流筒的N形液固折流反应器,采用计算流体力学软件(CFD)模拟得到石膏颗粒在反应器中平均停留时间,并运用多釜串联模型来表达不同外循环量、进出料流量和颗粒不同粒径条件下反应器的返混程度。结果表明:在泵循环流量1.35、3.00、5.00 m~3/h条件下,模拟结果和实验结果吻合较好;反应器级数为1~3,反应器靠近全混流,理论级数、平均停留时间与进出料流量和泵循环流量成反比;磷石膏颗粒粒径越大,平均停留时间越长,粒径100μm的颗粒平均停留时间为71.5 min,而15μm的颗粒只有52.0 min。     

非均相光催化水处理管式反应器的放大设计

研究了非均相光催化反应器在放大过程中光辐射能衰减和流体返混对其放大过程设计的影响。结果表明,光辐射能随着光源和反应管的中心距的增加急剧衰减,两者呈1 56次方反比关系;管式反应器中流体的返混程度远小于相同反应体积的环型反应器,这有利于提高水中有机污染物的降解率。建立了一套由3组管式反应器串联且光接触面与光源的距离小于10cm的连续光催化水处理中试装置,并对印染废水进行处理。化学需氧量可从150～180mg/L降至50mg/L以下,处理量为50L/h时的出水优于国家一级排放标准。     

VABR与UASB处理甲醇废水的比较实验研究

利用VABR(垂直厌氧折流)反应器和UASB(升流式厌氧污泥床)反应器,在中温条件下分别对甲醇废水进行了实验,VABR反应器最高容积负荷可达46 kg CODCr/(m3.d),UASB反应器最高容积负荷可达85 kg CODCr/(m3.d)。     

流动模型方法及其在化工中的应用

(续上一讲)例2:在例1所示管式反应器中等温进行某一级反应,已知反应速率常数ｋ=021/Ｓ、反应空时τ=10Ｓ、实际反应出口转化率为0784。①若不考虑流体返混(即按平推流模型)计算,其反应出口转化率为多少?②若考虑流体返混,分别按多釜串联、轴向扩散、单平推流循环和等空时双平推循环模型计算,其反应出口转化率各为多少?③若按流体返混达到最大的全混流模型计算,其反应出口转化率又为多少?解:①不考虑流体返混(平推流模型)　Ｘ=1-ｅ-ｋτ=1-ｅ-02×10=0865②考虑流体返混(ａ)多釜串联模型先由流体返混无因次方差σ2求出多釜串联模型参数ＮＮ=1…     

返混的利与弊之辩证法

<正> 在考察连续反应器时,我们发现在实际的连续反应器中,总是不同程度地存在返混本文所说的返混,就是化学反应工程学中的返混,是指不同时刻进入反应器物料之间的混和,也就是停留时间不同、因而浓度不同(有时温度也不同)的物料之间的混和。这种返混对实际的连续反应器来说是十分重要的,它关系到连续反应器的反应速度、选择性及设计放大。     

上下流室宽度比对厌氧折流板反应器水力特性的影响

借助计算流体力学技术(CFD)获取四组厌氧折流板反应器(ABR,上下流室宽度比分别为2:1、3:1、4:1及5:1)的停留时间分布(RTD),并计算串联数(N)、扩散数(D/μL)及水力死区容积占比(V_d/V)等参数,以分析反应器流动、混合等水力特性;在此基础上选择最佳上下流室宽度比值,优化ABR反应器的设计。结果表明:当容积和理论水力停留时间(HRT)相同时,提高上下流室宽度比,N随之降低,最低值为4.80,而D/μL呈上升趋势,最大值为0.118;V_d/V随上下流室宽度比的增大,呈先下降后升高的趋势,比值为4:1时V_d/V最小,仅为3.13%。选取水力效率(λ)作为反应器的水力评价指标,在2:1~4:1的流室宽度比范围内,λ相差不大,属于理想范围。综合考虑反应器流动混合特性、死区占比及水力效率,确定反应器的最佳上下流室宽度比为4:1。     

旋转填料床与盘管组合反应器中的流动特性

以饱和的NaCl水溶液为示踪剂,采用脉冲法考察了液体流量、转子转速对旋转填料床与盘管组合反应器停留时间分布(RTD)曲线的影响。用轴向扩散模型对流动状况和返混程度进行了表征。结果表明,组合反应器内的流体流动型态与盘管相同,接近活塞流,且流量越大,平均停留时间越短。旋转填料床转子转速对组合反应器停留时间分布影响很小。     

C_5热二聚反应器计算流体力学研究

为了了解现有C5装置所用中空管式反应器内的流场是否为反应所期望的平推流,文中结合理论分析及计算流体力学模拟软件ANSYS CFX 14.5,采用SST湍流模型,发现其入口处存在边界层分离及再附现象。分别对在入口处增加挡板、筛板等轴向阻尼内件和旋转进料的径向阻尼内件进行CFX模拟,并引进一个与速度有关的物理量Jk来表征返混的程度。结果表明:轴向阻尼内件形式在减少返混程度作用上效果不理想,甚至有加重反混的现象,在所研究的轴向阻尼内件中,迷宫式进料效果最优。结果同时表明采用径向阻尼内件旋转进料器可以较大幅度减小反应器内返混程度。     

自制简易停留时间分布曲线测定装置

反应器中流体物料的返混现象,直接影响化学反应的进行,返混程度愈大,对反应物料的转化愈不利。因此“返混”概念对学习化学反应工程学及设计和解决反应器在使用过程中的实际问题有着十分重要的意义。“返混”是停留时间不同的微团的混合流体物料,在反应中存在的实际现象,返混程度可以由停留时间分布函数曲线来描述。     

泰勒流反应器的流动及反应特性

利用由静态混合器、喷嘴和分气盒组成的新型布气装置在搅拌釜式反应器中诱导生成泰勒流,对反应器流动特性及反应特性进行了实验研究。结果表明,与常规搅拌釜式反应器相比,泰勒流反应器内物料流动更加接近于平推流流型,泰勒流的生成在反应器内构建出局部平推流区域,降低了物料返混程度。反应器反应性能因流动特性改变而得以增强,相同实验条件下,在泰勒流反应器中进行的蔗糖水解反应转化率比在常规搅拌釜式反应器中高出26.7%。在一定操作范围内,局部平推流区域和反应转化率均随搅拌转速或进气量的增加而增大。泰勒流反应器可简化为平推流区和全混流区并联的流动模型,推导出了反应转化率与平推流区域占反应器总体积比率之间的关联关系。     

厌氧折流板反应器处理废水的研究进展

厌氧折流板反应器多应用于废水生物处理。近年来,国内外研究者对厌氧折流板反应器的结构、启动方式及反应器中微生物群落的演替变化进行了深入研究,并将该技术应用于各种废水处理。综述了厌氧折流板反应器的研究成果及不足,并对其研究前景进行了展望。     

流动模型方法及其在化工中的应用

(续上一讲 )( 3)等温管式反应器反应转化率分布计算例 4:求例 2、例 3中等温管式反应器反应转化率分布解 :利用轴向扩散模型对例 2、例 3中等温管式反应器进行计算机数值求解 [见 ( 4 )等温管式反应器轴向扩散模型数值求解ＢＡＳＩＣ计算程序 ],可以很方便地得到其反应转化率分布。结果如图 2所示。图 2中 ,为了便于比较 ,还给出了不考虑流体返混的理想平推流模型的计算结果。反应器无因次长度Ｚ　　　　反应器无因次长度Ｚ-Ｏ -平推流模型　　　　　　 -Ｏ -平推流模型- -轴向扩散模型　　　　 - -轴向扩散模型图 2　等温管式反应器反…     

气液逆流喷射式外环流反应器的液相返混特性

在气液逆流喷射式外环流反应器中,采用电解质脉冲示踪法对液相停留时间分布进行测量,考察不同操作条件以及液相进料位置对液相返混的影响。实验结果表明,随着射流速度u_j或表观气速u_g的增加,液相返混程度先减小后增大;当气速较低且u_j较大时,底部进料的液相返混程度大于喷嘴进料的液相返混程度;而在气速较低且u_j较小以及气速较高条件下,底部进料的液相返混程度小于喷嘴进料的液相返混程度。研究结果可为气液逆流喷射式外环流反应器中液相进料位置的选取及液相返混程度的调控提供指导。     

折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

外循环厌氧反应器水力特性研究

根据EGSB的特点,设计了新型外循环(OC)厌氧反应器,用于处理工业废水。利用实验和模拟的方法,对处理量为6.2 L/h,改变回流比(12.9:1、19.8:1、26.7:1、33.7:1和40.6:1)从而改变上升流速(2、3、4、5、6 m/h)的OC厌氧反应器进行水力特性及流态分析。结果表明:上升流速从2 m/h增加到6 m/h,实验的死区体积V_d从22.8%减少到7.2%,模拟的死区体积V_d从21.4%减少到6.3%,且上升流速与死区体积存在线性关系;标准化方差σ_θ~2和离散数D/μL均随上升流速增加呈现先增加后减小的趋势,在上升流速为4 m/h最大,最大值σ_θ~2为0.123,D/μL为0.066;OC厌氧反应器不止一种流态,在反应区下段趋近于全混流,在反应区上段趋近于平推流。     

流量控制方式对离心泵停留时间分布的影响

采用脉冲示踪法研究离心泵的停留时间分布(RTD),将离心泵与等径等体积空管对比,定性描述了离心泵的返混特征,考察了泵前阀控、泵后阀控、转速控制对RTD的影响. 结果表明,RTD曲线呈单峰分布,泵内有死区存在,返混大于等径等体积空管,无因次方差为0.39~0.61;离心泵的返混程度既不靠近平推流,也不靠近全混流,受流量影响显著,随流量增大,返混显著减小. 3种流量控制方式对离心泵返混有一定影响,转速控制的返混情况明显大于2种阀控方式,2种阀控方式的影响较接近;随流量减小,流量控制方式引起的RTD差异更显著,3种方式的无因次方差的最大相对偏差达13.6%.     

基于流固耦合理论的螺旋折流板换热器结构优化研究

针对螺旋折流板换热器热-结构综合性能,以螺旋角和搭接度为优化变量,基于流固耦合理论,采用二阶多项式响应面模型和遗传算法对螺旋折流板换热器进行了结构优化研究。结果表明:当壳侧入口流量为1.5 m×s~(-1)时,对于流动传热性能,单位压降传热系数随螺旋角的增大呈现先增大后减小的趋势,随搭接度的增大而减小,且受螺旋角的影响更大;对于折流板机械强度性能,最大剪应力的最大值随着螺旋角的增大而增大,而基本不受搭接度的影响。多目标优化以单位压降传热系数最大化,最大剪应力的最大值在许用应力范围内且最小化为目标函数,得到了三种优化结构。对比优化前后,单位压降传热系数平均提升了14.1%,最大剪应力的最大值平均降低了4.1%。研究结果为螺旋折流板换热器的工业化设计提供了理论指导。     

折流生物膜反应器的研制及优化

根据河流污水处理的特点,在较短的反应流程中,增加污水和生物载体的接触时间,设计了折流生物膜反应器,进行污水处理实验,并采用多相流和多孔介质模型耦合进行反应器的结构优化计算分析,计算结果表明.折流板生物载体折叠角度以140°为佳.反应器器壁为外加的直壁型.     

带转动挡板的搅拌萃取塔连续相停留时间分布研究

为获取带转动挡板的搅拌萃取塔内部流体流动状况，采用脉冲示踪法对塔内连续相停留时间分布(RTD)进行研究，并结合轴向返混模型得到了连续相的返混系数。结果表明，随着连续相体积流量、总流量或连续相与分散相体积流量比值的增大，连续相RTD曲线收窄、峰值明显增大、连续相停留时间和返混系数均减小；改变分散相体积流量，连续相RTD以及返混系数基本不变。此外，改变搅拌转速对连续相RTD影响较小。将返混系数与操作条件和物性参数进行关联，关联式最大偏差为19.8%、平均偏差为7.7%，表明关联式可用于带转动挡板的搅拌萃取塔的连续相轴向返混程度的评估。