循环流化床研究进展

循环流化床作为反应器或接触器具有其它多相反应器不可比拟的优势,在社会生产中发挥着重要作用。本文综述了气固循环流化床的发展、主要应用工艺、反应器型式及人们对气固循环流化床反应器关键结构、流体力学、传热和传质方面的研究。简单介绍了液固及气液固三相循环流化床的研究和应用。     

固体颗粒对三相气升式环流反应器流动特性的影响

将液相视为连续相,气相和固相视为分散相,同时考虑各相之间的相互作用,结合气液固三相流体的动力学理论,建立气液固三相环流反应器三流体湍流流动的Eulerian模型.采用计算模拟软件Fluent对三相环流反应器的流动状况进行模拟,考察表观气速、固含率、颗粒大小对反应器的气含率以及液体流动速度的影响.模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的三相流体行为,模型与实验结果较好地吻合,表明了模型的可行性.     

气固流化床光催化反应器的欧拉双流体模型模拟

气固流化床光催化反应器的设计是否合理直接影响到反应器的应用,文章选用欧拉双流体模型理论,对煤粉/空气流化体系在一定条件下进行数值模拟,并与实验测定结果比较。研究表明:欧拉双流体模型对于常温常压下反应管内气固两相流动的模拟结果与实验结果吻合较好,可以利用该模型对气固流化床光催化反应器的设计提供相关参数。     

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。     

环隙气升式气固环流反应器内流体力学特性的理论分析

环流反应器的研究与应用一直局限于气液与气液固体系,将环流反应器移植到气固体系是一个具有独创性的探索。针对工业化中气固环流反应器的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器。并对床层空隙率、颗粒流动速度进行了实验研究与理论分析。建立了环隙区床层空隙率模型,发现环隙区床层空隙率随着环隙区表观气速的增加而增加;环隙区靠近导流筒外壁一侧颗粒流动速度明显大于靠近反应器内壁一侧,导流筒区颗粒流动速度沿径向的分布受气体分布器结构影响较大;环隙区颗粒流动速度基本不随轴向位置的变化而变化,导流筒区颗粒的流动属于密相输送,颗粒环流所受到的阻力主要集中在底部区域,其次为气固分离区,底部区域阻力大小由床层流化质量和导流筒下端距反应器底部的间隙所决定;建立了颗粒环流速度模型,发现环流速度随环隙区表观气速的增加而增加。     

新型生物流化床处理PTA废水的研究

在传统的一体式气-液-固三相内环流反应器的基础上提出并设计了一种新型分段式可调生物流化床反应器．用于处理对苯二甲酸实际生产废水,取得了良好的效果;同时初步构建了该反应器的动力学模型,并对该动力学模型进行了分析。     

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。     

气液固三相环流反应器的研究进展

综述了气液固三相环流反应器的类型及工作原理、气液固三相环流反应器的特性参数(气含率、固含率、循环液速、液相体积传质系数、轴向分散系数)的测量方法和影响因素，介绍了特性参数的数学模型。并对现有模型进行了评述。对今后的研究提出一些建议。     

导流筒分布器位置对环隙气升式气固环流反应器流体力学性能的影响

环流反应器的研究绝大多数都局限于气液、气液固系统,涉及气固环流反应器的研究较为稀少,且大多针对气升式气固环流反应器和喷动床。本文研究了一种处理A类粒子的环隙气升式气固环流反应器,考察了操作条件和导流筒分布器位置对床层密度分布、环流速度和质量流率的影响。发现将分布器位置下移后可以有效地改善区域的流化质量、减小滑移区,床层密度沿径向的分布得到了明显改善,颗粒环流质量流率有了明显提高;进气位置以上r/R<0.367的床层得到了良好的流化,但是0.367相似文献   

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.     

导流筒高度对气固环流反应器流动特性的影响

为了研究导流筒高度对环流反应器内流动特性的影响,基于欧拉-欧拉方法,采用基于多尺度结构的EMMS曳力模型,结合颗粒动力学理论,建立了环流反应器内气固两相流动模型,通过对比实验数据,确定了合适的模型参数。采用已建立的流动模型,对导流筒高度进行了优化研究,考察了导流筒高度变化对平均床层密度、质量流率和环流速率等参数的影响。结果表明,导流筒优化高度为1.4 m时,环流效果较好,其平均质量流率比原装置(HD为1.2 m)提高了36.17%。     

提升管-环流床耦合反应器环流床内的固含率分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在提升管-环流床耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床内局部固含率分布及操作条件的影响,采用径向不均匀指数分析比较了提升管上端耦合环流床及耦合常规流化床的流化质量. 结果表明,环流床内固含率随表观气速增加而减小,导流筒底部固含率随外循环强度增加而增加,中上部固含率受外循环强度影响较小,环隙内固含率随外循环强度增加略有降低. 当导流筒内表观气速Ug,d<0.85 m/s时,固含率径向分布的均匀性沿轴向向上逐渐变好,当Ug,d≥0.85 m/s时,则沿轴向向上先变好,在导流筒出口处又变差;环隙内固含率分布趋于均匀的程度依次为环隙中部>环隙下部>环隙上部. 相同条件下,环流床内固含率分布的径向不均匀指数小于常规流化床.     

中心气升式气-固环流反应器与自由流化床流动特性对比

对中心气升式气固环流反应器和自由床流化反应器的流动特性进行了对比. 结果表明,在同样的操作条件下,在轴向高度h=112~512 mm范围内,环流反应器导流筒区的径向不均匀指数RNI比自由床的RNI减小27%~36%;与自由床相比,环流反应器导流筒区的局部不均匀指数减小20%~59%,整体不均匀指数减小17%~43%,环流反应器的流化质量较高;环流反应器导流筒区和自由床内均存在气体返混现象,导流筒区各采样点示踪气体的浓度和轴向扩散系数Da,g比自由床均有所降低,在表观气速0.2~0.4 m/s范围内,导流筒区Peclet准数的绝对值比自由床增大12%~58%,说明导流筒区气体返混程度小于自由床,气-固两相流向上的宏观流动可有效抑制气体的轴向返混.     

A novel three‐phase airlift reactor without circulation of solids

A novel configuration of a three‐phase internal loop airlift reactor is proposed. The draft is divided in two sections: (top) gas–liquid contact section; (bottom) liquid–solid contact section. Solids particles are fluidized in the bottom section by liquid circulation. The main advantage compared with classic airlift or three‐phase fluidized bed is the reduced stress on particles as interference with bubbles is prevented. Experiments with silica sand (325 µm diameter) were carried out to characterise the hydrodynamics of the airlift. The influence of superficial gas velocity, overall solids hold‐up and sparger height were assessed. A theoretical analysis was proposed to derive simple design criteria.     

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。     

中心气升式气固环流反应器中的能耗分布

基于能量平衡,推导出计算中心气升式气固环流反应器中不同区域内气固混合物流动能耗的理论模型,测量了不同区域内固相颗粒速度、气固混合物密度及床层压降,并根据实验数据确定出相应的模型参数,模型计算与实验结果吻合较好. 模型计算表明,中心气升式气固环流反应器内环隙区和气固分离区的能耗分别占反应器总能耗的近40%和30%,颗粒环流受到的阻力主要集中在这2个区域;而导流筒区及分布器影响区能耗较小,共占总能耗的近30%. 随导流筒区表观气速增加,环隙区能耗占总能耗的比重减小,气固分离区能耗所占比重增大,导流筒区和分布器影响区能耗基本保持不变. 气体分布器的安装位置对反应器内能量消耗的分布影响较大,中心气升式气固环流反应器内流动阻力更小.     

Hydrodynamics in airlift loop section of petroleum coke combustor

Based on the combustion characteristics of petroleum coke, a coupled gas-solid fluidized bed combustor is proposed in this work. The overall circulating system of the fluidized bed mainly consists of a dense-phase airlift loop section and a dilute-phase riser section. In different operating conditions, the particle flow behaviors in the airlift loop section were investigated systematically by using optical fiber probe. The experimental results show that the airlift loop section can be divided into four regions, namely, the draft tube, the annulus, the bottom region and the particle diffluence region, in which the average cross-sectional solids fraction and the particle velocity are different. The overall solids fraction difference between the draft tube and the annulus provides a driving force for particle circulation flow in the airlift loop section, and the driving force increases with increasing the superficial gas velocity in the draft tube. The ratio of the particle mass flux in the annulus to that in the riser ranges from 8 to 16. The particle circular velocity in the annulus also increases with increasing the superficial gas velocity in the draft tube. Moreover, a model about the particle circular velocity is established on the basis of energy equilibrium principle.     

流态化过程模拟的研究进展

综述了欧拉-欧拉模型和欧拉-拉格朗日模型流态化过程的CFD数值模拟,并对流态化模型做了简单评价。同时介绍了青岛科技大学化学工程研究所对自由流化床、沉浸管流化床进行的数值模拟及应用实例。并且依据模拟结果对流化床内部结构进行了改进,增强了流化床内的传质及传热效果。