射流鼓泡反应器的研究进展

射流鼓泡反应器通过耦合射流与鼓泡两种作用机制实现了气液理想混合,避免了甲醇羰基化制醋酸工艺中搅拌内构件的腐蚀。射流、鼓泡的耦合加剧了混合过程的复杂性,阻碍了对该反应器气液流动、传质、混合的认识。文章分别综述了均相体系射流混合、鼓泡反应器流动规律及喷射式气液反应器流动规律。结果表明,混合时间、气泡直径及气含率分别用于表征射流和鼓泡混合效果,气液顺流喷射反应器性能需同时考虑液相体积传质系数。因此,射流鼓泡反应器的研究需以上述所有参数作为特征参数,通过实验和模拟剖析反应器内部气液传质及射流与鼓泡的协同机制。     

气液喷射式环流反应器气含率及传质比表面积的研究

研究了气速、液速对喷射式环流反应器气-液传质比表面积以及全塔、导流管和环隙部分的平均气含率的影响。提出将喷射式环流反应器中传递性能参数随操作条件的变化规律进行分区研究可简化放大过程。根据实验数据和文献数据,获得了计算敏感区域全塔平均气含率(?)和气液传质比表面积a_R的关联式: (?)=7.18×10~(-4)U_g~(0.55)Re_1~(1.24)D~(-0.64) a_R=644U_(g)~(0.44)(ρ_L/V_R)~(0.46)     

气升-射流式多段环流反应器的流体力学和传质特性

气升式环流反应器在气液或气液固三相反应以及分离过程应用广泛,为提高气液分布和传质性能,在气升式多段环流反应器的第2段引入射流,开发一种气升-射流式多段环流反应器.在160 L的实验装置中,以水-空气体系,研究了气升-射流式多段环流反应器的流体力学和传质特性.射流可减小上升气泡的弦长,提高总体气含率,改善下降段气液分布,...     

不同出入口条件下气液喷射器喷射性能的数值模拟

针对气液喷射器传统二维几何模型和模拟中未考虑温度导致气液相变的不足,建立三维几何模型,导入考虑时间、温度影响的气液相变UDF程序,用CFD软件模拟气液喷射器喷射性能.40000 s条件下有相变的模拟结果与实际情况符合较好.改变气液喷射器出入口气液相的速度和压力条件,得到气液喷射器轴线速度、压力、温度、引射比及气液相体积分数等参数.结果表明,随液化天然气(LNG)入口速度增加,气液喷射器引射比增大,合理的LNG入口速度能使喷射器内各相体积分数及引射比趋于稳定,有利于喷射器正常喷射;随混合出口压力增加,引射比减小,LNG体积分数增大,过大的出口压力会导致气液喷射器内喷射偏斜、扩散室出口气相闪蒸汽(BOG)液化现象,不利于喷射器正常喷射.液相入口速度11~12 m/s、混合出口压力0.101~0.304 MPa时,气液喷射器喷射性能最优.     

三级环流反应器中气液流动与传质规律

针对级间安装导流筒的三级环流反应器的气液流动与传质过程开展实验研究。通过冷模实验获得不同表观气速下(0.015～0.1m/s)以及安装不同级间内构件时环流反应器内的气含率、混合时间、停留时间以及体积氧传质系数。结果表明,随着表观气速的增加,反应器各级内的气含率增加,混合时间减少,平均停留时间减小,同时氧传质系数增加。通过对反应器内气液流型的变化的观察,进一步分析了级间内构件对三级环流反应器性能的影响,发现内构件上截面较宽时(3^#内构件),反应器的混合效果更好,而内构件的上截面较小时(1^#内构件),反应器可以更好地抑制返混。     

喷射式气-液反应器的型式及应用

气体和液体以喷射形式进料 ,是喷射式气液反应器的显著特征 ;喷射式气液反应器是一种多相反应器 ,具有较好的传热、传质和混合特性。对喷射式气—液反应器的型式及应用作了概要介绍     

气升式内环流反应器流场及传质特性数值模拟

采用双流体模型和气液二相流体动力学理论建立了气升式环流反应器流体流动的数学模型,在此模型的基础上利用溶质渗透理论和各向同性湍流理论建立了局部液相体积传质系数数学模型。采用计算流体软件F luent对气升式环流反应器内气液二相流动状况进行模拟,模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的流动行为及传质特性。模拟计算值与文献实验值的吻合说明了模型的可行性。     

基于小尺度实验的燃料蒸气-空气预混气体泄爆动力学研究

利用体积为2 L的亚克力材质容器搭建了小尺度可燃气体泄爆实验系统,基于小尺度实验开展了不同泄爆面积条件下的石油燃料蒸气-空气预混气体泄爆过程研究,获得了典型开口率条件下的内外场超压随时间的动态变化特征,分析了开口率对超压及火焰参数的影响,并对泄爆模式进行了分类。研究结果显示：（1）在不同泄爆系数条件下,石油燃料蒸气-空气预混气体的泄爆模式包括泄爆失败诱导的封闭燃烧、泄爆成功诱导的射流燃烧、泄爆成功诱导的外部爆炸,三种泄爆模式的内外场超压-时间动态曲线、超压峰值、火焰传播速度、火焰传播距离均具有显著差异,且小尺度实验与中尺度实验中均出现破膜超压峰值、火焰射流超压峰值、外部爆炸超压峰值Δp₁、Δp₂、Δp₃;（2）当泄爆系数K_v≤39.68时,内场最大超压峰值、外场轴向最大超压峰值、最大火焰传播速度、轴向火焰传播距离均随着K_v的增大而增大,径向火焰传播距离随着K_v的增大而减小;（3）当K_v≤4.41时,外场轴向和径向最大超压峰值分别由外部爆炸引起（Δp_3（ver）和Δp_3（hor））,当7.94≤K_v≤39.68时,外场轴向和径向最大超压分别由火焰射流冲击和泄爆膜破裂引起（Δp_2（ver）和Δp_1（hor））;（4）泄爆成功和泄爆失败的临界泄爆系数在K_v=39.68和K_v=158.74之间,发生外部爆炸和射流燃烧的临界泄爆系数在K_v=4.41和K_v=7.94之间。     

两级喷射式环流反应器流体力学与传质特性研究

为改善气体分布,提高传质性能,文中开发出一种两级喷射式环流反应器,研究了液体喷射速度、空塔气速和下级进气比对该反应器流体力学和传质特性的影响。分别采用压差法、电导电极法和动态溶氧法对反应器气含率、环流液速和体积传质系数进行了测量。实验结果表明:液体喷射速度和空塔气速的增加,环流反应器可以得到理想的流体力学和传质特性;分段进气比的变化显著影响了反应器体积传质系数,且存在最佳进气比;最佳进气比随着液体喷射速度的增加而增大,而基本不受空塔气速的影响;与单级喷射环流反应器相比,采用最佳进气比的两级喷射式环流反应器的传质效率有了显著的提升。     

喷嘴结构对射流鼓泡反应器混合和传质性能的影响

喷嘴结构对射流鼓泡反应器的混合和传质性能具有重要的影响。以空气-水作为模拟介质,使用双探头电导探针、电解质示踪法和动态溶氧法,对比研究了缩径式圆形喷嘴和旋扭三角形喷嘴对射流鼓泡反应器中气泡尺寸分布、平均气含率、液相混合时间和气液传质系数的影响规律。实验发现,随着气速或液体射流Reynolds数的增大,两种喷嘴对应的平均气含率、液相混合时间和气液传质系数具有相同的变化规律;与缩径式圆形喷嘴相比,采用旋扭三角形喷嘴的射流鼓泡反应器中气泡尺寸更小,平均气含率更高,宏观混合时间更短;当气体输入功占总输入功比例超过20%时,喷嘴结构对气液传质系数的影响较小,当气体输入功占总输入功比例小于20%时,旋扭三角形喷嘴的气液传质性能优于缩径式圆形喷嘴。研究结果可为工业射流鼓泡反应器喷嘴结构的优化提供理论指导。     

下喷式环流反应器环隙气含率影响因素

下喷式环流反应器是一种用于强化气-液两相反应过程的新型装置，虽然已在工业上有了较广泛的应用，但对其理论研究远未成熟，其工业装置的设计仍依赖于实验和经验。本文借助实验室自制实验装置，对下喷式环流反应器环隙气含率的影响规律进行了研究。首先，对喷射器的吸气量进行了测量，获得了不同条件下喷射器最大吸气量的性能曲线；在此基础上，分别研究了气相流量、液相流量以及喷射器安装位置对环隙气含率的影响规律。结果表明：气相流量和液相流量对气含率具有重要的影响，随着气相流量和液相流量的增大，气含率快速提高，而喷嘴位置对气含率的影响相对较小；考虑到增加气相流量和液相流量所需要的能耗和设备代价，通过增加液相流量来达到提高气含率的目的是优选方案。     

Gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in a modified reversed flow jet loop reactor

Experiments were conducted in a modified reversed flow jet loop reactor having the liquid outlet at the top of the reactor to determine the gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in the air-water system. The influence of gas and liquid flow rates, and the draft tube to reactor diameter ratio were studied. It was observed that both gas holdup and volumetric mass transfer coefficient increased with increased gas and liquid flow rates and were found to be significantly higher in the modified reactor compared to the conventional one. The optimum draft tube to reactor diameter ratio was found to be in the range of 0.4 to 0.5. Empirical correlations are presented to predict gas holdup and overall volumetric mass transfer coefficient in terms of operational and geometrical variables.     

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究。重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异。研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小。     

分布器结构对环流反应器气含率分布的影响

采用κ-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种单筒单级气升式气液环流反应器内的湍流气液两相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用3种不同气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节.模拟结果表明不同结构的分布器对总体气含率和内筒中的两相速度分布有很大影响,因而对气含率分布和气液两相接触效果有较大影响,从而对反应过程产生影响.单环分布器产生的气液两相接触效果较差,对于反应过程很不利.对于大直径的环流反应器推荐使用多环分布器.计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好.     

Hydrodynamics in down flow jet loop reactor

Gas holdup and liquid circulation time were measured in a down flow jet loop reactor for air–water system. It was observed that the circulation time decreases with an increase in nozzle diameter, draft tube to column diameter ratio and liquid velocity. Th gas holdup increases with an increase in gas and liquid velocities. The optimum draft tube to column diameter ratio was found to be 0.438. Correlations for gas holdup and circulation time involving operational and geometrical variables are presented.     

跨临界二氧化碳热泵喷射循环实验

在跨临界CO₂热泵热水器系统中引入优化设计的喷射器,对系统进行实验研究,分析了制热系数、引射比、升压比、喷射器效率等参数随热水体积流量和出口温度及高压侧压力的变化趋势以及优化设计的喷射器对系统的影响。实验结果表明:随着热水体积流量减小或其出口温度增加,引射比将逐渐减小,而喷射器效率逐渐升高;在测试工况范围内升压比基本保持不变,系统COP_h最高将近3.5;系统高压侧的压力因优化喷射器的引入而明显降低,有利于系统的安全运行;跨临界二氧化碳热泵喷射循环系统存在一个最优运行压力,值得注意的是在最优运行压力下,热水出水温度虽未达到最高,但依旧超过55℃。系统稳定运行在最优高压侧压力下,不仅系统性能大幅度提高,而且保证了热水的出水温度。     

Energy Analysis and Air Entrainment in an Ejector Induced Downflow Bubble Column with Non‐Newtonian Motive Fluid

In an ejector induced downflow bubble column energy supplied as a high velocity liquid jet is utilized in different sections of the ejector‐contactor system, which leads to air entrainment at the secondary entrance of the ejector. The energy losses in the different sections, viz. ejector, mixing zone and gas‐liquid bubbly flow zone have been evaluated theoretically. Experimental results show that the total energy losses calculated on the basis of theoretical expression are almost the same as energy supplied by the liquid jet. A simple correlation was developed for the air entrainment rate in terms of operating and design parameters of the system.     

分布孔大小对环流反应器内流动影响数值模拟

采用k-ε二方程模型和欧拉多相流模型,对一种气升式环流反应器内的湍流气液二相流进行了全尺寸的数值模拟研究,考察了采用具有不同大小分布孔气体分布器时反应器内气含率和流速分布的细节。模拟结果表明采用小分布孔的反应器内的平均气含率较高,气液二相接触效果较好,对于反应过程有利。计算所得的整体气含率与实测的整体气含率进行了对比,吻合较好。