错流移动床的压降特性

在矩形移动床内考察了颗粒下移速度、颗粒堆积状态及空腔生成和长大发展过程等因素对压降的影响. 在错流气体速度为0.09~1.35 m/s、颗粒下移速度为0.95~9.68 cm/min的较大变化范围内进行了实验研究. 结果表明,颗粒下移速度对压降几乎没有影响;当错流气速足够大时移动床内将出现"空腔"和"贴壁"等现象,空腔的发展过程造成压降随时间出现稳定、微波脉动和大幅波动3种变化;欧根公式适用于低错流气速时的移动床压降;高错流气速下空腔出现了"生成-长大-塌落-流化"的循环变化过程. 在实验基础上建立了有空腔时的移动床压降模型,并对空腔尺寸进行了无因次关联,其床层压降的计算结果与实验值相符.     

径向移动床气固流动特性数值模拟

应用计算颗粒流体力学(CPFD)方法对矩形与楔形结构径向移动床内气固两相流动规律进行数值模拟。考察了床型结构、料封高度等关键结构参数对径向移动床内气固两相流场分布的影响。通过优化移动床关键结构参数,改善径向移动床中出现的贴壁、空腔问题。结果表明,模拟结果与相应工况下的实验数据吻合较好,模型可以定性描述径向移动床内气固两相流动规律。楔形结构不但能够提高贴壁临界气速,减小贴壁区域厚度,缓解贴壁现象;而且能够有效减小窜气量,明显提高临界空腔气速,避免或者缓解空腔现象。料封高度是影响空腔现象形成的关键性因素之一,适当增加料封高度可以有效消除空腔现象,提高装置操作弹性和操作稳定性。     

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。     

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0.299 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。     

径向移动床内贴壁和空腔现象研究进展

径向错流移动床内的空腔和贴壁现象是移动床内的不正常操作现象,贴壁的发生会直接导致死区的出现,而空腔的出现会增大径向气流沿轴向分布的不均匀性。本文针对这两种非正常现象综述了目前国内外的研究进展以及前人实验中的不足之处。欲建立空腔和贴壁现象更完整的理论体系,还需要更多科研工作者进行更深入的实验研究。     

移动床空腔现象及空腔尺寸

移动床由于具有独特优越性得到广泛应用，但其流量受到空腔现象的影响.在二维矩形错流移动床内研究了移动床内的空腔现象，以两种物料及壁面材料对移动床内空腔现象的产生、发展进行考察.当错流气速或压力梯度足够大时移动床内将发生空腔，空腔大小随错流气速的增大而增大.并考察了空腔尺寸与错流气速的关系.在流体力学分析和力平衡分析的基础上推导出简化的空腔尺寸关联式，得出一个有多参数的非线性方程组，获得空腔尺寸与错流气速的关系，与实验数据基本吻合.     

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(0.11h/H0.89)中,柱形床径向气流基本接近平推流,而锥形床径向气流存在向上的速度分量,向上流动的气体一般约占10%.锥形床沿轴向气相流量分布不均匀.在下料影响区(h/H0.89),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.     

移动床径向反应器中流体力学行为的研究

比较了直径500mm移动床径向反应器中向心Z型、向心Π型、离心Z型、离心Π型4种气体流动类型.实验表明,离心Π型流动时,气体轴向分布不均匀度小于5%,为最佳气体流动类型.文中还得到了描述主流道中静压分布的动量交换系数K值.     

逆向气体射流对下行床颗粒混合的影响

下行床入口结构的研究一直被人们所重视。今在内径为0．192m的下行床中颗粒达到均匀分布的部位，沿床四周均布了三个45度方向逆流场气体射流入口，在此处设立气体入口可以使颗粒分散与气固快速接触不再同时进行。采用磷光颗粒示踪技术对下行床有逆流场射流气体存在时颗粒的轴径向混合行为进行了研究。这种逆流场射流气体对下行床颗粒的轴向混合行为无明显影响，在各操作条件下下行床内颗粒均能以接近平推流的方式运动；但该射流气体可以大大加强颗粒的径向混合，有利于气固接触，在下行床颗粒径向混合越差的操作条件下，射流气体对颗粒径向混合的影响效果越明显，下行床的这种入口结构具有良好的应用前景。     

超短接触旋流反应器混合腔内气固混合特性的数值模拟

采用欧拉双流体模型对超短接触旋流反应器内的气固两相流场进行了数值模拟，主要研究了混合腔内固相的体积分数分布情况。计算结果表明：混合腔内的气流在切向进气的作用下得到了一定的混合加速效果，切向的高速射流有效地缩短了气固停留时间，保证短接触反应效果。通过对两种不同混合腔结构反应器的对比计算发现，在相同入口速度条件下结构2（切向进气管位于混合腔顶部）较结构1（切向进气管位于混合腔下部）气固停留时间短，由于切向气流的迅速作用，增加了混合腔内的湍动强度，使催化剂颗粒迅速有效扩散、增强气固接触效果而更有利于催化裂化反应的进行，更易实现短接触操作要求。计算结果与实验测量结果的比较表明模型能有效地描述超短接触旋流反应器内气固两相流动形态。     

短接触旋流反应器混合腔内离散颗粒分布特性的模拟

应用DPM模型对新型催化裂化短接触旋流反应器内的颗粒分布特性进行数值模拟,主要考察混合腔内气、固两相速度与浓度分布的基本特征。模拟结果表明:1~30μm粒径颗粒受到重力场和旋流场的作用,在混合腔内沿气流方向旋转扩散,充满整个混合区域且逐渐螺旋下行;而50、70、100μm粒径的颗粒由于粒径相对较大,不易被气流夹带,在混合腔内的流动更为复杂,浓度分布的不均匀度增大。研究结果为新型反应器的设计和优化提供了重要理论依据。     

Design of a new TM021 mode cavity type MPCVD reactor for diamond film deposition

A new TM₀₂₁ mode cavity type microwave plasma chemical vapor deposition (MPCVD) reactor for diamond film deposition was derived by analyzing the TM₀₂₁ resonant pattern of microwave electric field in an idealized TM₀₂₁ mode reactor. Important characteristics of the reactor, including microwave electric field, electron density, gas temperature as well as absorbed microwave power density were obtained by using a phenomenological model of hydrogen plasma. On the basis of the simulation, a new TM₀₂₁ mode cavity type MPCVD reactor was built and 2-inch diameter freestanding diamond films were synthesized at 6 kW input microwave power. Raman and optical transmission spectroscopy analyses indicate that the diamond films prepared by using the new TM₀₂₁ mode cavity type reactor are of high quality.     

Radiative transfer in a solar chemical reactor for the co-production of hydrogen and carbon by thermal decomposition of methane

Radiation heat transfer in a solar chemical reactor for the co-production of hydrogen and carbon by thermal decomposition of CH₄ is analyzed by the Monte Carlo ray-tracing method. The solar chemical reactor features a vortex flow of CH₄ confined to a cavity and laden with carbon particles that serve simultaneously as radiant absorbers and nucleation sites for the heterogeneous decomposition reaction. The reactor is treated as a 3D non-isothermal non-gray absorbing-emitting-scattering gas/particle suspension directly exposed to concentrated solar irradiation. The analysis includes coupling to conduction/convection heat transfer and chemical kinetics. Calculated temperature distribution and chemical conversion are compared with the experimentally measured values obtained with a 5 kW prototype reactor tested in a solar furnace.     

Performance evaluation of fixed‐bed,millistructured, and metallic foam reactor channels for CO2 methanation

Power‐to‐gas technologies, combining hydrogen produced by water electrolysis with carbon dioxide to produce substitute natural gas (SNG), can support the increased penetration of renewable electricity sources. However, the technical and economic feasibility of these technologies requires the conversion efficiency of the whole process, including the methanation step. This paper provides an experimental performance comparison of three catalytic methanation reactor concepts, a fixed‐bed reactor, a millistructured reactor, and a metallic foam reactor with the same nickel‐alumina catalyst. The response of each reactor was analyzed in light of five performance criteria, representing the methane yield, the reactor compactness, and the maximum temperature elevation. The millistructured reactor channel showed a higher methane space‐time yield and volumetric productivity than the other reactors, but a significant catalyst temperature elevation. The metallic foam reactor showed a much lower space‐time yield and volumetric productivity, but very good thermal management.

     

Intensification of the G/L absorption in microstructured falling film application to the treatment of chlorinated VOC's. Part III: Influence of gas thickness channel on mass transfer

A falling film micro-absorber (FFM) is used to treat gas effluents containing a chlorinated VOC. In such operation, mass transfer can be enhanced by optimizing micro-absorber geometry and operating conditions. Firstly, the influence of gas cavity thickness and gas flow rate on absorption performances, were investigated. Experimental study is performed for a range of cavity thickness between 2 and 6 mm and gas flow rate between 45 and 390 N mL/min. Results showed a significant improvement of absorption rate when cavity thickness is reduced, especially for low gas velocities. Indeed the global mass transfer coefficient K_Ga can be multiplied by 7 when cavity thickness is divided by a factor of 3. The mass transfer is then intensified and apparatus compactness is enhanced.The modeling of gas/liquid mass transfer (Monnier and Falk, 2011) indicated that mass transport is performed mainly by diffusion. A new simulations showed an important axial dispersion in gas concentrations profile when gas flow rate and gas cavity thickness are relatively high (t_G=5–6 mm, G_V>400 N mL/min). Then, to optimize micro-absorber performances, the integration of gas turbulence promoters must be considered. The second part of this paper concerns the characterization of gas-side mass transfer in the FFM. A dimensionless correlation is developed:When compared to other relations found in literature, this correlation characterizes gas laminar flow in this kind of micro-structured device.     

撞击流吸收器燃煤烟气脱硫实验研究

简述了撞击流技术应用于烟气湿法脱硫的研究现状;在新近设计的撞击流吸收器中进行了脱硫实验;研究了液气体积比、钙硫摩尔比、进口SO2浓度等参数对脱硫效率的影响,在上述参数适中的条件下,得到了令人满意的脱硫性能;与其他脱硫设备相比,撞击流吸收器具有结构简单、不易结垢、吸收剂利用率较高、动力消耗低等优点。     

硫回收装置的内冷式催化反应器

改良Claus工艺和相应的尾气处理工艺在不断地优化,以达到更高的硫回收率。如今的技术已可满足环保部门提出的最严格的要求,但是,这类工艺的投资和操作成本在很大程度上取决于硫回收装置必须达到的回收率。利用新一代催化反应器,即所谓的“催化热板反应器”,可优化投资和操作成本。这种创新反应器的特点是以生产蒸汽的方式在催化剂床内直接移走反应热。通过这种方式,流过催化剂床的工艺气体的温度可控制在很窄的范围内。这对Claus反应有很大的益处,因为较低的工艺气体温度将使反应进行得更加完全。论述新一代催化反应器的特点和它们在硫回收方面的应用。     

聚酯酯化反应通氮气工艺的研究

在常规聚酯酯化反应条件下,向20 mL酯化反应器通入氮气,探讨了通氮气对酯化反应速度的影响。结果表明:向酯化反应器通入氮气,有利于提高聚酯酯化反应速度,平均酯化反应速度比常规工艺提高19.18%。其中,向酯化反应器气相通入氮气,酯化反应速度比常规工艺提高27.7%。