倒锥型催化精馏构件的流体力学性能

为进一步提高催化精馏塔的性能,提出了一种新型倒锥型帽罩结构,针对帽罩结构参数进行实验研究。采用空气-水体系测定倒锥型塔构件不同参数下的塔板压降及液泛气速,并对其流体力学性能进行深入研究。实验结果表明,锥角对压降和液泛气速几乎没有影响。开孔比大于1时对压降无影响,开孔比小于1时压降随其值的增大而减小,液泛气速则略微增大。开孔孔径增大,则压降增大,而液泛气速减小。压降随锥体高度的增大而增大,但液泛气速与其并不呈线性变化。压降随堰高的增大而增大。催化剂装填量增大,压降增大,且液泛气速呈下降趋势。倒锥型催化精馏塔构件对其流体力学有显著影响,并在确定的条件下可选择较大的锥角,采用较小的开孔孔径和罩体高度。     

折流式超重力旋转床液泛和气相压降的实验研究

折流式超重力旋转床是一种新型高效的气液传质设备。液泛和气相压降是超重力旋转床流体力学的重要特征。实验以空气-水为物系,对转子直径为288mm,高度为55mm的折流式旋转床进行了气相压降和液泛实验。实验表明：随着转速和液流量的增加,液泛气速减小,折流式旋转床更容易液泛。气相压降随气量、转速、液量的增加而增大,随气量和转速增大的趋势比较明显,随液量增大的趋势比较缓慢。     

氨油分离器内高效气液分离元件分离性能的数值研究

采用FLUENT软件对氨油分离器中波纹板除雾器和丝网除雾器内的气液两相流场进行数值模拟计算,考察除雾器的结构参数与操作参数对进出口压降和分离效率的影响规律。结果表明:波纹板除雾器的压降随入口气速的增大而增大,随叶片转折角度的增大而减小,分离效率随液滴直径的增大而增大,随入口气速的增大而增大,随叶片转折角度的增大而减小;丝网除雾器的进出口压降随入口气速的增大而增大,分离效率随入口气速的增大而增加,随入口液滴直径的增大而增加;波纹板和丝网组合在一起的整体分离效率提高,且随着液滴直径的增大,整体分离效率上升很快。     

同心圈式超重力旋转床液泛模型

同心圈式超重力旋转床是一种新型超重力旋转床。液泛是超重力旋转床流体力学的重要特征。同心圈式超重力旋转床液体分布器和转子内缘之间的环形空间内的液滴被气体夹带,液滴受到离心力和气体曳力的作用,通过建立微分方程可获得液滴径向速度为零时的液滴运动径向距离。当该径向距离小于环形空间的径向距离,此时产生雾沫夹带液泛。由此建立同心圈式超重力旋转床雾沫夹带液泛模型。实验以空气和水为物系,测定了转子直径为1000 mm、高度为100 mm的同心圈式超重力旋转床在不同转速和表观液速下气体进口和出口之间的气相压降随表观气速的变化。气相压降随表观气速的增大先缓慢增大后快速增大。用表观气速对气相压降求导和目测旋转床中心气体出口处出现大量液体被气体夹带来确定液泛点气速。通过液泛点气速求得雾沫夹带液泛模型的系数k,并对该系数k进行关联。该雾沫夹带液泛模型的计算值和实验值吻合很好,平均偏差为3.1%。该模型优于Sherwood液泛模型,对同心圈式超重力旋转床的工业应用提供了必要的设计依据。     

微通道反应器内气液二相流压降的研究

以氮气和去离子水为研究体系,采用混合均质模型,在内径分别为900μm和500μm的圆形微通道中针对微通道反应器内气液二相流的压降进行研究。分析了黏度、气液表观速度等因素对微通道反应器中气液二相摩擦压降的影响。结果表明:均相流模型与分相流模型在微通道反应器内适用性均有限;采用Mc Adams黏度公式对微通道内的压降进行理论计算,其结果与实际测量所得压降值吻合良好;微通道反应器中的气液二相摩擦压降随气液二相表观速度的增大而增大;将实验结果与分相流模型的预测值进行比较,分相流模型中Lockhart-Martinelli关系式不能很好地预测微通道中气液二相流的摩擦压降。     

填料塔液泛的声发射测量

利用声发射技术采集填料塔在不同操作状态下壁面处的声发射信号,结合标准差分析、频谱分析和小波分析研究填料塔在不同操作状态时的声发射信号特征,提出填料塔液泛气速的声发射测量判据。以空气-水体系为例考察不同液体流量下的液泛气速,发现声发射信号标准差对液泛气速的预测值与压降法的预测值接近。比较不同操作条件下的声发射信号的功率谱,发现填料塔发生液泛时功率密度最大的峰从50 kHz 和60 kHz 转移到在25 kHz附近;进一步将声发射信号在0~300 kHz 频率范围内做7 尺度小波分解,当气速到达液泛气速时特征信号频段G₁(d₄、d₅)的声发射信号能量分率迅速增大。G₁尺度声发射信号能量分率对液泛气速的预测值与压降法的预测值接近。声发射技术作为一种非侵入式的检测手段,能够实现液泛的实时监控,具有良好的应用前景。     

交错型开窗导流填料的流体力学性能

为了提高规整填料通量,对传统开窗导流填料结构进行改善,提出一种新型交错式开窗导流填料。在不同喷淋密度下,采用空气-水系统对3种不同交错高度的开窗导流填料进行冷模实验,研究分析了其流体力学性能,并与传统开窗导流填料进行对比。实验结果表明:新型交错规整填料的压降随着喷淋密度的增加而增大,填料盘的交错式结构有效降低塔压降,提高通量,改善气液分布。与传统开窗导流填料相比,3种新型填料盘的干塔压降、湿塔压降显著降低,液泛气速显著提高。其中180-20型填料的压降降低最为显著,220-20型填料的液泛气速最低。同时,在LEVA模型和Bain-Hougen模型的基础上,获得了实验条件下干塔压降、湿塔压降和液泛气速的关联式,其计算结果与实验数据吻合较好。     

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。     

射流鼓泡反应器内气液分散状态检测

射流鼓泡反应器内随着射流速度的增大,先后经历气泛、载气和完全分散三种气液分散状态。本文在射流鼓泡反应器实验装置中,利用Pavlov管测量气体分布器上方壁面附近的液速波动信号,发现液速标准差和时均液速随射流速度的增大均依次出现第一平稳段、上升段、下降段和第二平稳段,其中,第一平稳段对应气泛状态,上升和下降段对应载气状态,第二平稳段对应完全分散状态。据此提出了临界射流速度的判断准则：第一平稳段与快速上升段的交点对应的射流速度为泛点射流速度u _jf,下降段与第二平稳段的交点对应的射流速度为完全分散射流速度u _jcd。与目测法相比,液速标准差分析得到的u _jf的平均相对偏差为5.82%,u _jcd的平均相对偏差为18.2%;时均液速分析得到的u _jf的平均相对偏差为5.86%,u _jcd的平均相对偏差为12.1%。研究还发现泛点射流速度随表观气速的增大而增大。     

三相携带床的流体力学特性研究

研究了空气一水-黄沙三相系统在携带床反应器中的流体力学特性。反应器直径0．07m。实验考察了表观气速Ug、表观浆液流速UsL、固含率εs等因素对气含率εg和床层压降△P的影响以及三相携带床的操作特性。回归实验数据得到气含率及床层压降与各因素的关联式为εg=0.4084U△P=5783．672U研究结果为三相携带床工业反应器提供了流体力学依据。