三相滴流床反应器基于CFD的模拟方法探究

滴流床反应器是一种典型的气液固三相反应器,广泛应用于化学与石油加工工程。相间、相内传质以及催化剂表面相互作用、催化剂的有效润湿率、反应器流体力学、反应器模型等这些因素都影响着滴流床的反应性能。文章采用的滴流床反应器即是在固体催化颗粒床层内气液两相反应物自上而下流动(沿重力方向)的一类反应器。苯二酚是重要的精细化工中间体,用途非常广泛。我们采用CFD模拟了苯酚氧化生成苯二酚的反应。用网格划分粗细的影响及床层催化剂空隙率对流场的影响,计算为三维模拟计算。模拟了局部气含率、持液量,压力降,轴向速度分布及其径向分布速度等数据,探究了模拟方法,为进一步研究提供了参考依据。     

气液向上或向下并流固定床动持液量测定

引　言固定床也可用作气 -液 -固三相反应器 ,其中气体和液体可并流向下或并流向上通过催化剂颗粒床层而发生化学反应 .它广泛应用于各种化工过程[1].床层中的动持液量是一个估算液体平均停留时间和液膜厚度必不可少的参数 ,也是反应器内液 -固接触效率的一个量度 ,它直接影响催化剂的润湿程度和反应器的性能 ,因此持液量常是关联固定床 (或滴流床 )反应器内传质系数和传热系数的变量之一 .随着化工工业的发展 ,往往要进行原料脱杂质处理过程 (一般是加氢过程 ) ,需要足够的催化剂床层持液量 .工业上采取催化剂颗粒小型化、异形化和脉动操作…     

滴流床加氢法生产木糖醇的研究

本文对滴流床中压加氢生产木糖醇的工艺进行了研究，反应温度１２０℃，氢压４．０ＭＰａ，表现液速０．５ｍｍ／ｓ￣２．０ｍｍ／ｓ，Ｒａｎｅｙ－Ｎｉ颗粒催化剂表层活化，床层内径１０ｍｍ。对平均粒径０．４７及０．６７ｍｍ的催化床层在低液速区反应特性进行了初步探讨。用简化模型计算的床层宏观效率因子比实际工业鼓泡床高８￣９倍。其值随液速降低而上升，并存在多稳态的现象，与床层部分润湿现象一致。     

小颗粒滴流床反应器中持液量及液相轴向扩散

本文研究了小颗粒滴流床反应器中持液量和液相轴向扩散.在液体表现流速6.15×10~(-3)-2.37×10~(-2)m/s、气体表观流速7.07×10~(-3)-0.56m/s范围内,用4种气液系统和6种填料,在298±1K下,同时得到压降和动持液量数据,并得到动持液量的关联式:B_d=h_d/ε_B=2.23Re_(?)~(0.41)(Ga_(?)~(?))~(0.31)(a_td_p/ε_B)Re_(?)~(-0.066)结果表明,三叶草形催化剂床层的持液量比相应尺寸的圆柱形高.此外,在温度298±1K下,应用玻璃球填料及4种不同气液系统,在低相互作用区(滴流区),用脉冲法测得液相RTD曲线,并得到Pe_l的关联式:Pe_l=0.117(Re_l/h_d)~0.62Ga_l~(-0.092)     

滴流床反应器

<正> 滴流床反应器是一种与汽液两相同时接触的催化剂颗粒固定床反应器。其结构如图1所示。其中催化剂床层被分隔成几段,气体分段进料。这样可使反应器内热分布良好,也可使液体多次再分布,以提高反应效率。本文就滴流床反应器的各种特性作一介绍。     

小颗粒滴流床中气液有效界面积研究

工业上为了提高催化剂内表面利用率,往往使用很小的催化剂颗粒。这时,液相表面张力引起的毛细管力迅速增加,颗粒间架起大量液桥,使小颗粒床中的流体力学情况和传质情况与大颗粒床有明显差异,从而影响气液有效界面积“a”的变化。本文研究了气液并流向下流过小颗粒滴流床时,流体流动条件和液体物性对“a”的影响。并得到滴流区和脉动流区“a”的关联式。     

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。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

滴流床中液体流动的随机模型

本文以状态离散、时间离散的齐次Markov过程描述滴流床内液体的滴流与脉动流流动,提出了可直接计算任一床层高度上液体的流率分布和极限流率分布的方法和计算式。推导出了随机堆积球型颗粒床层中液体流动的转移概率矩阵。计算结果表明,本文模型计算值与实验值吻合较好。     

滴流床反应器内脉冲流下动持液量实验

对气液强相互作用下滴流床反应器内的流体动力学进行了分析讨论 .实验测定了脉冲流流型下的床层平均动持液量 .考察了气液流率、液体黏度、填料材料等因素对动持液量的影响 .根据对滴流床反应器内流体流动机理的分析及实验结果 ,提出了关联脉冲流型式下动持液量的关联式 .该关联式能很好地关联实验数据 ,可用于预测温和型脉冲流下的动持液量     

滴流床中的气液传质

本文提出了同时估算滴流床内气液传质系数和持液量的阶跃响应S域分析法,着重讨论了液体表面张力对床内气液传质系数的影响,并给出了计算床内气液传质系数和持液量的关联式。     

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。     

纤维和小颗粒填充滴流床的流体力学性能比较

在内径为０．０４７ｍ的有机玻璃管内，采用空气水为介质，对纤维，小玻璃珠填充滴流床的流体力学性能进行了考察。结果表明，因为均为滴流床，流体力学性能有某些相似这处，但又由于纤维和小玻璃珠存在不同的性质和尺寸，滴流床内流道结构的巨大差异，使得两种床层内流体操作范围，床层空隙率，流型过渡，床层和，持液量，流体力学滞后现象等都存在显著差异。     

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。     

小型热虹吸环流反应器中丙烯环氧化工艺条件

引　言钛硅催化剂 (ＴＳ - 1)上的丙烯与Ｈ2 Ｏ2 环氧化过程是环氧丙烷 (ＰＯ)洁净生产的发展方向[1,2 ] ,但对于环氧化反应器的研究尚很不完备 .该反应是一个强放热的气液固三相反应 ,要实现该反应过程的连续化 ,可以采用搅拌釜式反应器或固定床反应器(滴流床反应器 ) .搅拌釜式反应器主要用于催化剂性能评价 ,由于搅拌釜内物料返混严重 ,反应器体积效率较低 ;固定床反应器是由美国ＡＲＣＯ公司的Ｊｕｂｉｎ[3] 等发明的 ,实际上为多段气液呈并流向下的滴流床反应器 ,该反应器结构复杂 ,操作压力较大 (在 1.2 5ＭＰａ以上 ) ,且为了便于控…     

异形多通孔催化剂工程研究(Ⅰ)12孔及24孔颗粒当量直径测定

引　言异形多通孔催化剂载体的外形为薄壁环柱形 ,多通孔由薄片分隔而成 ,是一种组合成形的薄片载体 .对于活性组分呈均匀分布的催化剂 ,多通孔载体有利于减小内扩散过程影响 ,提高选择性 ;对于外表型分布的催化剂 ,外表面积增大有利于增加活性组分负载量 ,提高催化剂活性 .异形多通孔催化剂还具有强化传热和降低反应器床层压力降的优点 .文献 [1,2 ]针对三叶草、蜂窝状载体等异形催化剂颗粒的传热性能及选择性的提高等方面进行了实验研究 .本文具体研究异形多通孔催化剂对床层压力降的影响 ,并测定了异形多通孔颗粒的当量直径 .催化剂颗粒…     

外齿轮形颗粒催化剂上乙烯催化氧化的反应工程计算

针对乙烯氧化制环氧乙烷反应体系,对外齿轮异形催化剂建立三维反应-传质-传热模型。有效扩散系数和有效热导率均为待求解浓度场和温度场的函数,使得偏微分方程组模型为强非线性。采用有限元算法求解,并对模型有效性进行验证,定量研究了催化剂几何比外表面积和内扩散效率因子的关系。计算结果表明,几何比外表面积为1862 m2·m-3的外齿轮催化剂内扩散效率因子为0.1804,而几何比外表面积为924 m2·m-3的圆柱形催化剂内扩散效率因子为0.0993。对单个催化剂颗粒反应-传递现象的研究能定量指导催化剂设计,并为耦合反应器流体力学和催化剂反应传递现象多尺度模拟计算奠定基础。     

外齿轮形颗粒催化剂上乙烯催化氧化的反应工程计算

针对乙烯氧化制环氧乙烷反应体系,对外齿轮异形催化剂建立三维反应-传质-传热模型。有效扩散系数和有效热导率均为待求解浓度场和温度场的函数,使得偏微分方程组模型为强非线性。采用有限元算法求解,并对模型有效性进行验证,定量研究了催化剂几何比外表面积和内扩散效率因子的关系。计算结果表明,几何比外表面积为1862 m²·m^-3的外齿轮催化剂内扩散效率因子为0.1804,而几何比外表面积为924 m²·m^-3的圆柱形催化剂内扩散效率因子为0.0993。对单个催化剂颗粒反应-传递现象的研究能定量指导催化剂设计,并为耦合反应器流体力学和催化剂反应传递现象多尺度模拟计算奠定基础。     

连续相变的加氢反应器

引　言加氢反应是一类强放热反应 ,在采用滴流床反应器的情况下 ,经常遇到由于液体分布不均而导致的催化剂不完全润湿的现象[1] 。当液体反应物中含有挥发性组分时 ,在一定条件下 ,液相反应物可能会蒸发 ,伴随着反应速度的突然增加[2 ] ,使催化剂局部过热而失活 .另外 ,由于液体在催化剂床层中的不均匀分布而使床层出现未被润湿的干区 ,在强放热反应中 ,会经常观察到出现热点 ,床层的轴向温度出现振荡[3] .两相并流向上的固定床反应器 ,由于床层内的持液量较高 ,液体分布均匀 ,催化剂能很好地润湿 ,因此有可能避免出现热点[4 ] .这种操作形…