提升管内颗粒浓度梯度力的特性

由于Kutta-Joukowski横向力与浓度梯度力的共同作用，提升管内颗粒沿径向在边壁大量聚集并形成稳定的环?核结构。根据实验数据，分析了颗粒浓度梯度的径向分布特征，考察了不同操作条件下浓度梯度力系数K的分布特性。由Kutta-Joukowski横向力与浓度梯度的关系，提出了浓度梯度力的表达式Fρ=K(dρ/dr)A及浓度梯度力系数K的表达式K=[?ρg(νg?νp)(?v/?r)r]/?dρ/dr+(d2ρ/dr2)r?。提升管内颗粒群受到的浓度梯度力与浓度梯度力系数K有关。浓度梯度力系数K在提升管中心处为0，沿提升管径向呈“N”型分布，随表观气速增加而增加；提升管内充分发展段K的数值明显大于提升管加速区和出口约束区，总结了浓度梯度力系数K的经验关联式。     

旋流分离-颗粒床耦合气固分离装备旋流场静压分布

针对一种集旋风分离器和内置颗粒床优势于一体的新型耦合气固分离装备在无灰负荷及固定床操作条件入口环形空间、分离空间和灰斗内静压场进行研究。结果表明，静压沿周向为非对称分布，轴向为非均匀分布，径向则呈中心低两侧高分布；且存在着静压分布的降压区(0?~180?，以入口处为0?)和增压区(180?~360?)；装备中心的负压及旋流作用在轴向高度H=6.41D(D为旋风壳体内径)以下对静压的影响不再显著；内置颗粒床外壁附近存在“滞留层”，有利于提高装备的分离性能。根据实验数据给出了静压周向分布和静压轴向分布的经验公式。     

催化裂化提升管进料段内多相流动及其结构优化

催化裂化提升管进料段内油、剂两相的流动-混合状况对目标产品的收率具有重要的影响。早期研究多属于"探索性"的结构优化。近年来,通过大型冷模实验,结合理论分析和数值模拟,发现在传统结构进料段中,对油、剂混合流场起重要作用的是Kutta-Joukowski横向力引起的原料射流"二次流"。对二次流"用其利、抑其弊"是优化传统结构进料段的关键,目前已取得广泛的工业应用。而近期Kutta-Joukowski横向力分析以及冷模实验、数值模拟的结果表明,油剂逆流接触新型进料段可更有效地促进油剂混合,使两相接触更为均匀;较传统形式进料段结构具有更明显的优势。     

原料油汽化特性对催化裂化反应结焦过程影响的CFD模拟

为考察原料油汽化特性影响,在一套百万吨级工业FCC提升管中,基于多相欧拉模型耦合EMMS曳力和传质、油滴汽化和十二集总反应动力学模型,采用三维CFD模拟研究气液固三相流动、汽化、反应、结焦的复杂过程,新开发结焦预测模型定量预测结焦状况,对比研究不同原料油雾化液滴粒径和起始汽化温度下各相和反应组分浓度场、温度场分布和结焦程度。结果表明,模拟方法可较准确预测汽化、反应生焦和结焦过程,不同雾化液滴粒径和起始汽化温度通过流场分布和汽化快慢影响液相油滴汽化率和反应转化率;合适液滴粒径(60 μm)和起始汽化温度(654 K)可提升轻油、汽油、液化石油气目标产品收率并改善结焦程度。     

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。     

颗粒床-旋流耦合分离器不同操作模式下的性能分析

通过实验分别考察了满床/空床操作模式对内置颗粒床-旋流耦合分离器分离性能的影响,获得了两种操作模式下的设备压降和捕集效率。通过改变入口粉尘浓度、入口气速和粉尘颗粒种类,发现满床操作条件下的分离效率比空床操作条件下的分离效率高,且前者压降较低。通过对出口粉尘粒径的分析,含有捕集颗粒的内置颗粒床可有效提高5 μm以下的粉尘颗粒的捕集效率,弥补了离心分离的短板。引入性能指数对不同操作模式进行定量分析,验证了满床操作条件下的耦合分离设备具有更好的综合分离性能。     

引入大颗粒助剂对径向移动床流动特性的影响

针对错流移动床存在的空腔和颗粒流动偏离平推流的不正常操作问题。在一套φ600 mm×1300 mm半圆锥形和柱形错流移动床大型冷模实验装置上,借助于大颗粒助剂的引入有效提高了错流移动床出现空腔的临界速度,解决了错流移动床操作弹性低的问题。理论分析和实验结果表明,混入适量的大颗粒助剂可使颗粒流动不均匀性得到明显改善。     

提升管反应器中颗粒浓度径向分布的力学特性

采用空气动力学中的Kutta-Joukowski升力定理分析了提升管内颗粒的受力,得到了Kutta-Joukowski力FK-J的计算公式FK-J=ρg(vg,Z-vp,Z)(?vp,Z/?r)r.根据在大型冷模实验装置上由PV-6D型颗粒密度两用仪测量的局部固含率和颗粒速度径向分布的实验数据,计算了Kutta-Joukowski力在提升管内的分布特征,分析了颗粒循环量、表观气速、轴向位置对其径向分布的影响.结果表明,当无因次半径r/R=0时,FK-J=0,在r/R=0.85时,FK-J最大;FK-J随颗粒循环量增大而增大,表观气速对FK-J的径向分布没有显著影响;在提升管内的充分发展段FK-J的数值明显大于提升管加速区和出口约束区.由实验数据回归出了提升管内FK-J径向分布的经验关联式,计算值与理论值吻合较好.     

新型气液逆流接触洗涤器流动-传质模型

通过冷模实验对一种新型气液逆流式洗涤器流动传质特性进行了考察。实验结果表明,在不同的操作条件下,洗涤器内气液两相流动会呈现出不同的流型。其中,洗涤器在泡沫流状态下的高效传质段体积和解吸率的数值均较大。将实验结果与理论分析相结合,依据其气液接触表面更新极快、形成高度湍动泡沫流的特点,提出了一种基于该洗涤器结构和操作特性、可以预测洗涤器传质效果的“两段式”流动-传质模型。模型将洗涤器内气液作用区分为两个区段：旋转射流段和高效传质段。利用该模型分析了解吸率与液气比L/G和旋流比ω的变化关系;结果表明,在不同操作条件下,该模型的计算结果与实验数据吻合较好,可供工程设计参考。     

油剂逆流接触提升管进料段固含率及颗粒速度的径向分布

在一套大型冷模实验装置中,考察了喷嘴射流与催化剂逆向接触的提升管进料段固含率和颗粒速度沿径向的分布及其对操作条件的影响,并与传统提升管进料段结构进行对比. 结果表明,沿轴向由下至上可将该新型结构的进料段分为喷嘴上游过渡区(H=-0.675~-0.375 m)、喷嘴射流控制区(H=-0.375~0.375 m)及喷嘴下游过渡区(H=0.375~0.675 m). 与传统形式相比,新型结构可使进料喷嘴安装截面以上射流影响区的高度明显缩短,喷嘴截面以下影响区域范围增大;油剂初始接触区域内催化剂沿径向的分布更均匀. 根据实验结果,得到新型进料段中射流控制区内典型截面固含率径向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.