移动床径向反应器中气体离心流动对颗粒移动状况的影响

对于催化剂不断失活但可再生的工业过程,广泛采用移动床径向反应器在较低的系统压降下进行连续操作.此时存在由贴壁和空腔现象所决定的径向气体流量的上限值.本文分析了有径向离心气体流动时颗粒层中的应力分布,应用散料力学理论建立了计算床中初始形成空腔时无因次床层总压降的理论模型,模型预测值与实验值符合很好.同时测定了不同条件下空腔界面的形状.     

矩形移动床径向反应器内颗粒贴壁现象分析

贴壁现象是制约移动床反应器操作弹性的瓶颈之一。在高度为1.3 m,宽度为0.3 m,厚度为0.04 m的矩形径向移动床冷模实验装置上考察了颗粒层的贴壁现象。记录了不同操作条件下贴壁与空腔现象产生的位置及形状大小,并测量了气体通过床层的压降。结果表明,随着表观气速的增加,贴壁层变厚,空腔变大,呈现为渐进型贴壁,而颗粒循环强度对贴壁与空腔现象无影响。通过力平衡分析建立了描述贴壁现象的数学模型,引入矫正因子对模型进行修正,模型计算值与实验值基本相符。     

梯形移动床径向反应器内颗粒的贴壁现象分析

贴壁现象是制约移动床反应器操作弹性的瓶颈之一。在高度为1.3 m、顶部宽度为0.185 m、底部宽度为0.299m、厚度为0.04 m的梯形径向移动床冷模实验装置上考察了颗粒层的贴壁现象。记录不同的操作条件下,贴壁与空腔现象产生的位置及形状大小,并测量了气体通过床层的压降。随着表观气速的增加,贴壁层变厚,空腔变大,呈现为渐进型贴壁;而颗粒循环强度对贴壁与空腔现象无影响。通过力平衡分析建立了梯形床贴壁现象的数学模型,引入矫正因子对模型进行修正,模型计算值与实验值基本相符。     

梯形移动床径向反应器内颗粒的贴壁现象分析

贴壁现象是制约移动床反应器操作弹性的瓶颈之一。在高度为1.3 m、顶部宽度为0.185 m、底部宽度为0.299 m、厚度为0.04 m的梯形径向移动床冷模实验装置上考察了颗粒层的贴壁现象。记录不同的操作条件下,贴壁与空腔现象产生的位置及形状大小,并测量了气体通过床层的压降。随着表观气速的增加,贴壁层变厚,空腔变大,呈现为渐进型贴壁;而颗粒循环强度对贴壁与空腔现象无影响。通过力平衡分析建立了梯形床贴壁现象的数学模型,引入矫正因子对模型进行修正,模型计算值与实验值基本相符。     

移动床贴壁现象的研究

在错流区高度为430 mm,横向宽度分别为400 mm,200 mm,105 mm的三种不同尺寸的矩形二维移动床内对贴壁现象进行了研究.实验结果表明,随着错流气速的增加床层压降也增加,当压降超过一定值时,移动床内近下流面的部分颗粒将停止下移,发生贴壁;贴壁颗粒层的厚度与床层压降呈线性关系,在相同错流气速下宽床层的贴壁厚度大于窄床层,但无因次化贴壁厚度大致相同.通过力平衡分析建立了贴壁现象的数学模型,可计算不同压降下贴壁颗粒层的厚度,并获得贴壁临界压降值的计算式,模型计算值与实验值基本相符.     

新型催化裂解快速流化床内颗粒浓度分布实验研究

催化裂解反应器是石油深度加工的重要反应器,采用实验方法对新型快速床催化裂解反应器内气固两相流动特性进行了研究,测量了床层内颗粒浓度分布,考察了气体流量对床层轴向和径向上颗粒浓度分布的影响。实验结果表明,床层轴向上颗粒浓度呈现下部稠密上部稀疏的分布规律;当气体流量较低时轴向颗粒浓度呈S形分布,高气量下呈现指数函数形分布,即反应器上部区域的颗粒浓度分布影响较小;床层径向颗粒浓度分布呈现中心稀、边壁浓的特征,且增大空气流量,径向分布趋于均匀。在一定操作条件下,与传统提升管相比,新型快速床颗粒浓度显著提高。     

烧结矿余热回收竖罐内气固传热特性

以自制气固传热实验装置为操作平台,实验研究了烧结矿颗粒填充床内的气固传热特性。结果表明:气体表观流速和烧结矿颗粒直径是影响颗粒床层内气固传热过程的主要因素。气体表观流速越大,颗粒直径越小,床层内气固传热系数就越大。当烧结矿颗粒直径和气体表观流速一定时,床层内烧结矿颗粒温度的升高导致床层气固传热系数的增加和传热Nusselt数的减小。由于计算误差较大,现有的经验关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的气固传热过程。基于量纲分析法,并结合实验测量数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内气固传热特性的实验关联式,平均计算误差为4.22%,显示了良好的预测性能。     

离心型径向固定床分气流道内局部动量交换系数

针对离心型径向固定床气体流道内变质量流动特点，在一套冷模实验装置上，分别采取Π型和Z型操作模式，测量并分析了两气流道内压力分布，发现分气流道内的压力沿气体轴向流动方向呈增加趋势，集气流道与之相反。根据颗粒床层压降分布不均匀度和采用Ergun方程求得的径向气速轴向分布，发现离心Π型均略优于离心Z型。通过对气流道内微元控制体进行流量和动量衡算，由颗粒床层径向气速轴向分布可依次得到分气和集气流道内气速、局部动量交换系数计算方程。相较于集气流道，分气流道内动量交换系数对压力测量误差的敏感度较小。分气流道中，整体动量系数几乎不随操作模式、气体流量和轴向位置发生变化；而局部动量交换系数仅是流速比u/u0的函数，随流速比增大先降低后保持稳定。根据实验结果，回归得到的分气流道局部动量交换系数计算方程的误差在11%以内，有望为气流道内局部压力计算和结构优化设计提供参考。     

固定床流体流动特征数值模拟

为了研究固定床边壁效应、固定床床层数的变化以及颗粒的填充倾斜角度等参数对床内流体流动状况的影响,基于Ergun方程建立了轴对称多孔介质数学模型。同时对床内流体流动状况进行了研究:在床高确定的情况下,随着床层数的增加,压强降减少;随着颗粒填充倾斜角度的增加,压强降也减少,速度径向分布不均;在固定床边壁附近,气体速度明显增大。计算结果与实验值的比较表明模型能有效地描述固定床压强降和床内流体流动状况。     

整流子对错流移动床颗粒行为的影响

在矩形错流移动床中考察了整流子对移动床内颗粒移动、空腔、贴壁等现象的影响. 实验结果表明，在有错流的条件下，床层内颗粒下移速度表现为近上游面的颗粒快于近下游面的颗粒，适当调整整流子位置有可能使床层内颗粒在某一气速下以几乎相同的速度下移. 与无整流子的装置相比，整流子的设置能推迟移动床空腔的生成并减小空腔尺寸，其横向位置离上游面越远对空腔影响越小；但设置整流子将降低错流移动床的贴壁临界值，其横向位置离上游面越远对贴壁影响越大. 为定量描述空腔尺寸和贴壁临界值，将床层简化为由整流子中心位置决定的2个虚拟流道，并分别建立了数学模型，模型计算值与实验值大致相符.     

Investigation of the Effect of a Dividing Wall in a Moving Bed

Moving beds are widely used in many scientific fields due to their advantages, but their operation is affected by the phenomena of cavity and pinning, which should be avoided. In this article, a perforated dividing wall was located in a two‐dimensional rectangular moving bed with gas cross‐flow and the effect of the wall on some properties of the moving bed was investigated. Experimental results show that the location of the perforated dividing wall can improve the upper limit of the gas velocity of the moving bed since it prohibits the existence of a cavity and pinning. The dividing wall separates the apparatus into two channels. A cavity forms in the channel close to the upstream face while pinning occurs in the other channel. In comparison to a moving bed without a dividing wall, the cavity size and pinning width in a moving bed with a dividing wall are smaller at the same gas velocity.     

三相流化床中光催化降解反应特性的研究

在设计并建立的流态化光催化反应器中,采用负载型光催化剂对甲基橙水溶液进行了光催化降解实验研究。优化了三相流化状态下光催化反应器的操作条件, 其结果为:气体流量200-250Lh-1,液体流量30 Lh-1,催化剂用量为1.5gkg-1处理液;考察了该反应器中催化剂的使用寿命,为光催化降解技术的工业应用研究提供了参考。     

反应器类型对流动影响的数值模拟

在油-氢气体系中使用欧拉-欧拉双流体模型考察了温度703.15 K和压力11 MPa下气升式环流反应器和鼓泡床反应器对气液两相流动的影响. 结果表明,环流反应器中气含率和轴向液速沿导流筒径向存在突增现象,环流反应器中气含率在径向0~0.5和0.75~1时明显大于鼓泡床反应器,在径向0.5~0.75处前者的平均气含率比后者高约6%;环流反应器中上升管内环流液速明显大于鼓泡床反应器,且在下降区有所增强,环流反应器平均轴向液速比鼓泡床反应器高约21%;反应器尺寸较小时环流反应器和鼓泡床反应器的流动特性相差不大,反应器体积放大过程中前者的流动特性优于后者的趋势逐渐明显.     

柱形和锥形移动床中气体的扩散特性

采用脉冲氦气体示踪技术研究了柱形和锥形移动床中气相的扩散特性,并与实验结果进行对比. 结果表明,在主体流动区(0.110.89),柱形床会出现向下窜气的现象,而锥形床中向下窜气量降低40%~50%,气相径向流动更趋近平推流. 根据径向气流在柱形和锥形移动床内的流动特点,用实验数据回归了气体浓度分布的无量纲经验关联式,计算值与实验值吻合较好.     

Design of a moving bed reactor for the production of uranium tetrafluoride based on mathematical modeling

A new model has been developed to analyze the performance of a moving bed reactor producing uranium tetrafluoride. The model includes the solid and gas flow rates, heat transfer by convection, conduction and radiation between gas and solid streams and by the external surrounding. A kinetics model has been also developed for the gas–solid reactions on the basis of the grain model in which, the different resistances are taken into account to determine the overall reaction rates. This study provides an initial and theoretical basis for optimum design of the moving bed on the basis of the kinetics models. The optimum design is carried out from the viewpoint of required length of the reactor and the maximum conversion. According to the primary expectations which are provided by the kinetics models, the feed temperature seems not to have any effective influence on the reactor performance. On the other hand, it is predicted that the inlet gas flow rate contributes an important role. The investigations show that although the kinetics models are rather useful in primary estimations, the strong interdependence between different zones of the reactor may prevent general expressions.     

轴向流固定床内流场的数值模拟与实验验证

The computational fluid dynamics model with porosity and drag coefficient was used to describe fluid flow in an axial flow fixed bed according to the characteristics of fluid flow in the fixed-bed of the reactor. The commercial computational fluid dynamics (CFD) code CFX was used to simulate the flow field in the axial flow fixed bed. The simulation predictions are in good agreement with experimental results of a large cold model. The influence of gas distributor on the flow field in the axial flow fixed bed was studied. A suitable gas distributor was used to attain less than 0.06 kPa radial pressure difference and less than 5.2% radial velocity difference in fixed bed.