三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

气液固三相流化床层膨胀特性实验分析

为分析气液固三相流化床床层特性,选用两种粒径接近、密度不同的颗粒:塑料颗粒(湿堆积密度1 273 kg/m~3,平均直径750μm)和陶粒(湿堆积密度1 680 kg/m~3,平均直径800μm),以常温空气为气相、水为液相。实验装置内径0.13 m,全床高度4.75 m,实验液柱高度3.5 m,床内颗粒有足够的膨胀高度。分别测试了液速0—13 mm/s,气速0—12 mm/s条件下的床层高度,研究气液速对塑料颗粒和陶粒床层膨胀率的影响。研究结果显示液速较低时床层收缩,随着气速增加,收缩率增大;液速较高时,膨胀率大于0,随着表观气速的增加,膨胀率先降低,表观气速大于临界值后,膨胀率将增大;除高气速外,床层膨胀率总是随着液速的升高而增大。相同气速、液速条件下,大密度陶粒的床层膨胀(收缩)率大于塑料颗粒。     

石油焦燃烧器环流混合段内床层的轴向密度分布

采用气-固环流反应器与输送床烧焦管相结合的结构形式,建立了一套适应石油焦或气化余焦燃烧要求的大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用差压变送器测定了环流混合段内环区及外环区内床层轴向压力梯度及密度的分布规律. 结果表明,内环床层密度分布可分为底部密相区和上部湍流扩散区;内环颗粒循环强度对底部密相区的密度分布影响较小,只对导流筒上部湍流扩散区有影响;随着内环表观气速的增大,整个内环床层密度均降低. 外环床层密度分布与内环的表观气速、颗粒循环强度和外环床层密相料位高度有关. 利用实验数据回归出了内环和外环轴向颗粒密度分布的经验模型,其计算值与实验值吻合较好.     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

蓄热段长度对流向变换催化燃烧反应器性能影响的模型研究

在建立低浓度挥发性有机化合物VOCs催化燃烧流向变换反应器一维非均相模型的基础上,编写Matlab程序对模型进行求解。分析在不同的表观气速下,反应器蓄热段长度对反应器性能的影响,着重研究大气速条件下反应器的最佳床层结构比例。计算结果表明,不同的蓄热段长度对反应器性能有很大影响。对于直径0.2 m的反应器,小气速条件下,反应器内最高温度随着蓄热段长度的增大而降低,大气速条件下则相反。在表观气速为0.15 m·s^-1和床层结构比例为1.2~2.0条件下,反应器能达到最佳操作状态。     

固--固换热器传热特性研究

在自制的固—固套管式换热器中,以催化裂化催化剂为原料,对系统的循环特性、传热系数进行了实验研究。分析了床层密度、提升风量、床层温度、催化剂粒径等因素对传热过程的影响。实验结果表明,随着提升风量增加,表观气速增大,床层密度下降,传热系数下降;提高床层温度,减小催化剂的粒径,传热系数增加。     

环隙气升式气固环流反应器内床层密度的实验研究

针对工业化中气-固环流反应器存在的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器. 在一套冷模装置内系统地考察了局部床层密度分布. 实验中实现了稳定、连续的环隙气升式环流,环流推动力随着环隙区表观气速的增加而增加,随着导流筒区表观气速的增加而减小,当导流筒区表观气速为0.2 m/s时,颗粒环流方向改变为中心气升式. 受结构特性的影响,催化剂密度在导流筒区和环隙区沿径向的分布具有一定的不均匀性,在底部r/R≤0.47区域颗粒未能充分流化,床层密度接近820 kg/m3,在底部0.47≤r/R≤1.0区域颗粒流化较好,床层密度小于450 kg/m3;随着环隙区表观气速由0.2 m/s增加至0.54 m/s,环隙区、导流筒区平均密度分别降低约70和33 kg/m3,随着导流筒区表观气速由0.06 m/s增加至0.2 m/s,环隙区平均密度增加约90 kg/m3,导流筒区平均密度降低约33 kg/m3.     

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％。     

环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性

针对中心气升式气固环流反应器在工业化中暴露出来的问题,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器,并建立了一套大型的冷态实验装置（装置总高4．56m,环流反应器筒体外径300mm）来考察环隙气升式气固环流反应器内颗粒速度特性。操作条件为环隙区表观气速0.10-0.54m／s,导流筒区表观气速0.059-0.200m／s。分别测量了环流反应器环流段内颗粒的密度和速度,基于实验数据对催化剂颗粒的运动速度和环流推动力进行系统分析。结果表明,环隙区颗粒分布形式为“中心稀两边浓”;环隙气升式气固环流反应器内,颗粒环流速度随着环隙区表观气速的增大而增大,而环流速度梯度逐步减小。随着导流筒高径比H／D的增大,环隙气升式气固环流反应器的环流推动力增大而颗粒环流速度减小。     

两段气固环流反应器流体动力学行为和传质特性的研究

借鉴气液环流的理论,提出了气固多段环流的设想.以空气和FCC催化剂为介质,在内环表观气速为0.089～0.424 m/s、外环表观气速为0.04～0.08 m/s的范围内,在一套两段气固环流反应器内系统研究了两段环流反应器内颗粒的流体动力学行为和气固传质特性.发现反应器平均颗粒密度随着内环表观气速的增加而减小,随外环表观气速的增加变化不大.一段、二段环流速度随着内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小.环流反应器汽提效率随内环表观气速的增加而增加,随外环表观气速的增加略有减小,两段环流反应器的汽提效率大于单段环流反应器.     

煤热解中移动床床层阻力的试验研究

为进一步提高计算移动床床层压降的准确性,文章通过分别测试原煤的视密度和堆积密度,计算出固定床的空隙率,在固定床试验的基础上结合Ergun方程确定物料球形度,并在此基础上进一步利用移动床试验测试移动床中床层颗粒表观速度及表观气速与空隙率的关系,最后对其结果进行非线性拟合。结果表明:煤料球形度约为0. 709 7,床层颗粒表观速度与表观气速对空隙率有一定的影响,但表观气速对空隙率影响很小,忽略其影响,对床层颗粒表观速度与空隙率进行拟合,得到拟合公式为ε=0. 019 3 ln u+0. 392 6。利用该拟合公式并结合Ergun方程计算的压降与工业实际运行数据相比,数据误差约为10%。     

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。     

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。     

大颗粒三相环隙气升式环流反应器流体力学行为

研究了大颗粒体系气升式环流反应器的流体力学行为,考察了表观气速和颗粒质量分数对床层膨胀高度、循环液速和固含率分布的影响。实验结果表明,按颗粒的运动状态不同可以将反应器内的流动分为3个区域,即固定床区域、膨胀床区域和循环床区域,各流动区域内的流动行为存在显著差异。随着颗粒质量浓度的增大,起始流化气速和最小循环气速均显著增大。基于三相流化床的流化模型和环流反应器的特点建立了相应的数学模型,对大颗粒三相气升式环流反应器的起始流化气速和最小循环气速进行了预测,模型预测值与实验测量值吻合良好。     

基于EMMS模型的气固鼓泡床的模拟及气泡特性的分析

基于EMMS曳力模型,采用双流体的方法对气固鼓泡床内的气固流动特性进行模拟,建立基于图像处理气泡特性的分析方法,重点研究了不同表观气速下气泡在床层内分布特性,包括气泡平均当量直径、气泡速度和气泡球形度的轴向分布,以及气泡的生命周期。研究结果表明,小气泡多集中在床层底部和壁面区域,而大气泡多集中在床层中间区域。随着表观气速的增加,床层高度不断增加,气泡的球形度降低,气泡的大小、出现频率、上升速度以及生命周期均增加;然而,当表观气速增大到一定程度,继续增加气速对气泡的上升速度影响不大。     

空气-SRNA-4催化剂磁稳定床的流动特性

床层压降、最小流化速度、固含率及其分布和气相返混系数是气固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据.采用压降法、光电法及瞬态点源示踪技术试验研究了以SRNA-4催化剂为固相的气固磁稳定床的流动特性.试验结果表明:最小流化速度、最小流化状态下的床层空隙率与磁场强度无关;固含率的径向分布基本均匀;磁场强度的增大抑制了颗粒的运动,使得局部固含率略微增加;空塔气速的增加促进了气固磁稳定床的膨胀,使得固含率减小;粒径较小时,随磁场强度及气速的变化贝克来数(Pe)变化不大;粒径较大情况下,Pe随气速增大而减小,随着磁场强度的增大,先增大后减小.试验获得了最小流化速度、固含率和床层高度的关联式,预测值与试验值吻合良好.     

基于图像法喷动床内空隙率研究

利用图像二值化方法处理图片,并采用Matlab编程实现空隙率的测量,从微观层次分析空隙率对喷动流化床内流动状态的影响。研究了颗粒粒径、喷口数量和表观气速对空隙率分布的影响。结果表明,增大表观气速使床层底部的稀相区增大,床层膨胀高度增加,空隙率也随之增加。增大颗粒粒径会增大最小临界流化速率,所以在其达到流化状态后流化床内颗粒粒径增大,床内喷动区空隙率减小比较明显。在相同条件下,与单喷口相比双喷口在床层底部附近存在合并射流,同时颗粒能到达的高度显著增加,底部两侧停滞区面积减小。结合对空隙率的分析,提出一种新的表征流化床内流化状态的参数(流化指数),可以直观地表示流化床内颗粒的流化状态。     

FeCl_2·4H_2O晶体流态化煅烧过程实验研究

在φ44mm的流化床反应器中用空气对FeCl_2·4H_2O晶体进行流态化煅烧,采用氯离子选择电极测定尾气吸收液中氯离子浓度,得到FeCl_2·4H_2O煅烧反应转化率随反应时间的变化关系,考察表观气速、晶体平均粒径和床层温度对流态化煅烧过程的影响。研究结果表明,FeCl_2·4H_2O晶体煅烧生成的Fe_2O_3质地疏松,在流化状态下自颗粒表面剥落随气流带出煅烧炉,类似缩粒反应过程。FeCl_2·4H_2O晶体流态化煅烧,表观气速增大,反应速率加快,煅烧时间缩短,表观气速达0.64m/s外扩散影响基本消除,再增大表观气速对煅烧反应影响不明显,过程为表面反应控制。FeCl_2·4H_2O晶体初始平均粒径越小,反应速率随时间的变化越明显,完成煅烧反应的时间越短。床层温度对煅烧反应影响显著,煅烧反应与颗粒表面积成正比。