新型抽吸型气-液分流式分布器的性能

开发了一种新型气 液分流式分布器,采用冷模实验装置考察了气体操作线速度和液体线速度分别在0~619 cm/s和018~044 cm/s范围时分布器安装高度差对液体分布的影响,并与工业上使用的泡罩式分布器对比。结果表明,由于气 液经由独立的通道,有着恒定的流通面积,气 液分流式分布器对塔板倾斜的敏感度较低,且随气速的增大不断减小;当气体线速度超过3 cm/s、气/液流量比大于10时,该分布器分布不均匀度可降至10%,接近均匀分布。采用计算流体力学软件模拟了单个分布器抽吸过程,得到各相体积分数和速度分布等值线等流场结构。     

变压吸附流体力学模拟

通过流体力学方法对变压吸附(PSA)系统进行模拟与优化。采用一维瞬态流体力学建立了PSA均压过程的理论模型,对PSA均压过程进行了模拟研究,得出均压时间随均压管道直径、吸附塔的体积、气体的组分等因素的变化关系,为均压管道的计算提供理论依据;采用计算流体力学对气体分布器的流场进行了模拟研究,并根据流场的特点开发了新型气体分布器,且计算结果显示流场分布较好;另外,对程控阀的流道进行了模拟研究,并根据模拟结果对流道进行了优化,结果显示,优化后的流道克服了原流道的弊端。     

生物质气化串行流化床反应器设计及冷态模拟实验研究

在生物质化学链气化反应基础上设计并搭建了一套串行流化床冷态模型。以石英砂为床料、空气为流化介质在该装置上开展了压力分布及控制规律实验研究。采用PY500型智能压力检测系统及PV-6型激光颗粒速度测量仪着重研究了空气反应器、燃料反应器、气体密封室等部件的表观气速对循环状态的影响。实验结果表明,颗粒在提升管中流动为环核型结构,平均空隙率轴向先增大后减小,装置适宜的操作状态为燃料反应器流化气速1.2m/s~2.0m/s,空气反应器气速1.4m/s~1.7m/s,返料管气速为0.4m/s~0.85m/s,两反应器存料量2.5kg~4.5kg。     

催化裂化气体分布器的CFD模拟及优化

部分炼油厂催化裂化流化床气体分布器喷嘴磨损非常严重,环型气体分布器布气不均匀,不利于流化床内催化剂均匀流化。对传统气体分布器喷嘴及环型气体分布器进行CFD气体流场模拟,发现在传统喷嘴入口处气流相互碰撞,导致偏流,致使高压区一侧的内壁磨损严重。新构思的喷嘴,把传统喷嘴入口处改为圆锥形的结构,可以使气体分布更均匀,不易偏流。对新型半环型气体分布器进行了CFD气体流场模拟,结果表明,新型分布器比传统的圆环形气体分布器的气体分布压力更均匀。     

重油催化抑制结焦沉降器内油气流动的数值模拟

采用 - 模型和组分输运方程进行数值模拟,考察了重油催化工业沉降器抑制结焦改造后其沉降空间的稳态流场及油气分率。结果表明,改造后的沉降器空间油气以顶部下行、底部上行略带扭摆的纵向流动为主,顶部下行速度小于0.15 m/s,底部上行油气速度平均为0.5 m/s,纵向流速比横向流速高1~2个数量级。中心抽吸管口区域存在较强的油气汇聚,速度10 m/s左右。改造后的沉降空间不存在流动死区,绝大部分油气能迅速从中心抽吸管排出沉降器;只有低于10%的油气不能迅速排出沉降器,停留时间稍长。沉降器下部油气摩尔分率较大（平均约50%,顶部低于25%,部分区域甚至小于10%）。改造后沉降器空间的结焦大大减轻。     

双列叶片式气体分布器的研究

应用计算流体力学软件FLUENT,模拟填料塔内双列叶片式气体分布器内流体的流场分布情况。重点考察了叶片数量对双列叶片式气体分布器的性能影响情况,得出了其对双列叶片式气体分布器性能影响的一般规律及在文章研究条件下的最优参数。     

LPT-2型液体分布器的流体力学及传质性能研究

在Φ1 000mm的有机玻璃塔中,采用空气-氧-水物系对LPT-2型单喷头式液体分布器的流体力学性能和传质性能进行研究。结果表明:在液体流量1.0~5.0m3/h、气体流量2 000~10 000m3/h的条件下,LPT-2型液体分布器的压降为40~120Pa/m,仅为高效规整干填料压降的15%左右;雾沫夹带分率为0.2%~2.4%,仅为GXD型复式导流浮阀塔板的24%左右;等板高度为0.10~0.25m,与泡沫碳化硅波纹、丝网波纹等高效填料相比,在低液体流量下,传质效果接近;在高液体流量下,LPT-2型液体分布器的传质效率提高50%左右。     

大型固定床反应器气体预分布器的结构参数对气流分布的影响

采用冷模实验装置,对大型固定床反应器气体预分布器的结构参数进行研究,考察入口气速、筒体直径、侧壁环隙高度、底部挡板开孔等对预分布器气流分布的影响。实验结果表明,入口气速小于8 m/s时,随入口气速的增大,环总流量比(U1/U0)降低;当入口气速大于8 m/s时,入口气速对U1/U0的影响较小;随侧壁环隙高度的增大、底部挡板开孔面积的减小,U1/U0增大;相同开孔面积下,开孔直径对气流分布的影响较小;与较小筒体直径相比,较大筒体直径的气体预分布器的U1/U0较大;由实验数据回归得到U1/U0与结构参数间的无因次关联式。     

环流反应器环形气体分布器结构优化与性能分析

为研究环形气体分布器应用于气升式环流生物反应器的实际效果,对环形气体分布器进行结构优化研究,考察了气体分布器开孔方向、直径及安装高度对反应器传质性能的影响。同时,对优化后的环形气体分布器的充氧能力、氧利用率、动力效率等性能参数进行测定。结果表明:气体分布器导气孔方向为水平外向下30°、直径为0.5R(R为反应器导流筒半径)、安装高度为0.5R时,反应器氧传质系数最佳。环形气体分布器适宜的气体流量为2 m~3/h时,其充氧能力为0.14 kg/h,氧利用率为26.03%,动力效率为2.52 kg/(kW·h)。     

LPT-2型液体分布器的流体力学及传质性能研究

在Φ1 000 mm的有机玻璃塔中,采用空气-氧-水物系对LPT-2型单喷头式液体分布器的流体力学性能和传质性能进行研究。结果表明：在液体流量1.0~5.0 m3/h、气体流量2 000~10 000 m3/h的条件下,LPT-2型液体分布器的压降为40~120 Pa/m,仅为高效规整干填料压降的15%左右;雾沫夹带分率为0.2%~2.4%,仅为GXD型复式导流浮阀塔板的24%左右;等板高度为0.10~0.25,与泡沫碳化硅波纹、丝网波纹等高效填料相比,在低液体流量下,传质效果接近,在高液体流量下,LPT-2型液体分布器的传质效率提高50%左右。     

LSXPT-1型双向液体喷头的研究

在 ?1 000 mm有机玻璃冷模试验装置上利用空气-水系统考察LSXPT-1型双向液体喷头的分布性能、喷出的液滴粒径、喷头入口压力、雾沫夹带等随液体流量变化的规律。结果表明：LSXPT-1型双向液体喷头的分布不均匀度系数在0.031～0.040之间,低于传统槽式液体分布器和缓冲沉降式液体分布器的分布不均匀度系数,分布性能优异;随着液体流量的增大,喷头入口压力增大,在液体流量为2.15～9.62 m3/h的范围内,喷头入口压力为 0.04～0.66 MPa;喷出的液滴粒径在1 975～2 350 μm之间,远高于当气速在3.0～4.0 m/s时因气液流动呈湍流状态液滴沉降所要求的液滴粒径（400～700 μm）;该双向液体喷头即使在空塔气速高达4 m/s时,其雾沫夹带量仍不超过7%,可允许更高的操作气速上限,提高塔的处理能力。     

分布器型式对组合式气固环流反应器流体力学特性的影响

针对催化裂化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在组合式气固环流反应器大型冷模实验装置上,研究分布器型式对环流反应器流体力学特性的影响。结果表明,在分布器上方0.50 m高度范围内分布器型式的影响较为明显,经过分布器的气体和颗粒对环流反应器内颗粒（团）的作用范围为：采用凹形球面板时主要作用于凹面上方中心区域,采用平面直孔板时主要作用于分布器上方投影区域,采用凸形球面板时主要作用于凸面上方及周围临近区域,受此影响的区域固含率较低,颗粒速度较高;采用三种分布器时,颗粒环流速度从大到小的顺序为平面直孔板＞凹形球面板＞凸形球面板,固含率的径向分布均匀性从好到差的顺序为凸形球面板＞平面直孔板＞凹形球面板。综合流场均匀性及环流速度调节范围,平面直孔板分布器型式更适用于组合式气固环流反应器。     

加压流化床反应器的研究

介绍了加压1—20kg/cm~2流化床冷态模拟试验。着重研究了密相区的流动特性和气体分布器的死区以及流化床自由空域的扬析。试验结果经气相法聚乙烯流化床反应器验证。根据试验数据,得到了经验式。     

流化床气体分布板结构对流化特性的影响

In the present paper, the experimental method and computational fluid dynamics (CFD) method were used to investigate the effect of gas distributors with different orifice size and orifice pitch on fluidization characteristics in gas-solid fluidized bed. The distributor pressure drop, bubble evolution, bed pressure drop and the distribution profile of solid volume fraction were investigated with using the four types of gas distributor plates. Euler- Euler two fluid model(TFM) approach based on the kinetic theory of granular flow (KTGF) and Standard k-epsilon turbulence model were employed in the numerical simulation with using ANSYS Fluent 15.0. The results showed that the orifice size and orifice pitch of gas distributor plate have the significant influence on the flow characteristics in gas-solid fluidized bed. With decreasing orifice size and orifice pitch of gas distributor plates under the same opening area, the distributor pressure drop, the initial bubble size and height of dead zone just above distributor was decreased, and the bed pressure drop was more increased than that of the larger orifice size and orifice pitch of distributors, the distribution of solid volume fraction was also more homogeneous for the small orifice size.     

催化裂化管式待生剂分配器颗粒分配特性及内部流动特性的CPFD模拟

基于CPFD(Computational particle fluid dynamics)方法，对实验室前期研究的催化裂化管式分配器内的颗粒分配特性及内部流动特性进行了数值模拟，系统研究了输送风、松动风及分配器倾斜角度对颗粒分配不均匀指数的影响，并进一步考察了输送风和松动风对分配器各出口气体流量分布及内部气 固流动特性的影响。结果表明，增大输送风量、松动风量以及分配器的倾斜角度均可以降低颗粒分配不均匀指数，但改变松动风量的效果不如改变输送风量和倾斜角度显著。分配器倾斜角存在一个最优值时，颗粒分配均匀性最佳。输送风的增大会使得颗粒出料量最高的排料口的位置逐渐向分配器的末端移动，中间排料口所流出的气体流量占比增大，末端排料口排风量占比减小。引入松动风后，各出口的颗粒排料量更加接近，同时靠近末端排料口的气体流量占比明显增大。     

下行床入口分布器的计算流体力学模拟研究

针对下行床入口分布器难以兼顾颗粒浓度增加（增浓）和均匀分布的问题,基于下行床中气固两相流动机制提出了一种适用于下行床颗粒增浓的新型入口分布器,利用已开发的结构曳力模型耦合CFD软件考察了下行床流体力学性能。模拟结果表明,结构曳力模型模拟结果与试验结果一致,说明该模型能够准确预测下行床床层固含率的分布;相对于传统入口分布器,采用了分区流化、文丘里式溢流管和漏斗式设计的新型入口分布器的轴向固含率分布更加均匀;在新型入口分布器颗粒循环量为700 kg/(m².s)的条件下,下行床反应器床层平均固含率可达6%,且均匀分布;气速和颗粒循环量对下行床颗粒增浓的程度不同,颗粒循环量是床层内颗粒增浓更为关键的调控因素。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

催化裂化待生剂分配器性能的冷模实验评价

高效待生剂分配器对改善催化裂化再生效果具有显著的影响。设计并建造了一套能够评价待生剂分配器性能的冷模实验装置,检验了依据现有工业设计方法制造的船型和管式分配器模型以及无分配器时的颗粒横向分配性能,对比了3种再生器待生剂入口结构性能的优劣,并找出了它们存在的缺陷。结果表明,在大型工业装置中,管式分配器是唯一能够显著改善颗粒横向分配均匀性的待生剂分配器,但它必须消耗大量的输送风,会因此增加装置能耗,并对待生管路的颗粒输送能力产生不利影响;船型分配器对颗粒横向分配均匀性的改善作用十分有限,尤其是在大型工业装置中。对于所有待生剂入口结构,增加输送风量能够显著改善颗粒横向分配的均匀性,增加松动风量也能改善船型和管式分配器的性能,但总体上效果不如增加输送风显著,而增大催化剂循环量后,3种待生剂入口结构的颗粒横向分配均匀性均有一定程度的恶化。由于受管内气 固相流型转变的影响,管式分配器存在一个临界输送气速,在此临界气速以上,颗粒横向分配均匀性可以显著改善。上述研究结果可为工业待生剂分配器的优化设计以及新型高效待生剂分配器的开发提供借鉴。