鼓泡塔反应器的两级气泡模型参数研究

为了研究鼓泡塔反应器两级气泡模型在高黏度下的适用性,采用动态气体逸出法,在内径为286 mm,总高为7 200 mm的鼓泡塔中考察了液体黏度(1.2×10-3—210.4×10-3Pa·s)和操作条件对塔内总气含率,大、小气泡相含率和大、小气泡上升速度等两级气泡模型参数的影响。结果表明:床层总气含率随表观气速的增加而增大,大气泡相含率受液体黏度的影响较小,受表观气速的影响较大;小气泡相含率随黏度的增加而迅速下降,在高气速时受表观气速的影响较小。大、小气泡上升速度均随液体黏度的增加而降低,但随表观气速的升高有着不同的变化关系:前者明显升高,后者略有降低。大气泡直径随着黏度增大而稍有增大,小气泡直径随着黏度增大急剧减小。     

加压大型鼓泡床反应器内大小气泡气含率研究

在内径0.3m、高6.6m的加压鼓泡床反应器内采用床层塌落技术测量床层内的大小气泡气含率实验。由于大小气泡上升速度不同,床层塌落曲线存在一水平段,在此基础上,详细考察了表面张力、粘度、系统压力、表观气速对大小气泡气含率的影响,得出大气泡气含率随粘度和表面张力升高而升高,随压力升高而降低;小气泡气含率随粘度和表面张力升高而降低,随压力升高而升高;并根据质量守恒定理,进行了解释。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%（体积分数）范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明：总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%（体积分数）后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%（体积分数）时,小气泡基本消失。     

基于传质强化的微气泡塔盘流动特性实验的研究

筛板塔塔内件的作用主要是增大气液比表面积,改变气液接触形式,以提高塔内传质、传热。研究者提出了新型微气泡塔盘,通过在筛板上方的泡沫层内增加破泡组件,利用破泡组件使大气泡破裂为小气泡,增加气液接触面积,提高气液传质、传热效果。利用自行设计的筛板塔和微气泡塔盘实验平台及PIV测速系统,测定了塔板上气泡的直径分布和上升速度。实验结果显示:与普通筛板相比较,微气泡塔盘上气泡的上升速度较小,气泡停留时间更长,且径向分布更平坦;气泡直径也仅为筛板的1/16,气液接触的比表面积增大,更利于传质过程的进行。     

基于EMMS模型的气固鼓泡床的模拟及气泡特性的分析

基于EMMS曳力模型,采用双流体的方法对气固鼓泡床内的气固流动特性进行模拟,建立基于图像处理气泡特性的分析方法,重点研究了不同表观气速下气泡在床层内分布特性,包括气泡平均当量直径、气泡速度和气泡球形度的轴向分布,以及气泡的生命周期。研究结果表明,小气泡多集中在床层底部和壁面区域,而大气泡多集中在床层中间区域。随着表观气速的增加,床层高度不断增加,气泡的球形度降低,气泡的大小、出现频率、上升速度以及生命周期均增加;然而,当表观气速增大到一定程度,继续增加气速对气泡的上升速度影响不大。     

固含率对沸腾床反应器气泡行为的影响

采用动态气体逸出法,在高7.0 m、直径0.3 m的有机玻璃塔中研究了固含率对沸腾床反应器内气泡行为特性的影响。在表观气速2.16~21.62 cm/s和固含率9.8%~39.0%(体积分数)范围内测定了反应器内的总气含率、大小气泡含率、大小气泡上升速度及其尺寸等参数。结果表明:总气含率随着表观气速的增大而增大,随着固含率的增大而减小。随着表观气速的增大,大气泡含率、大气泡直径及其上升速度均呈增大趋势;小气泡含率明显增大,但小气泡上升速度和直径趋于减小。随着固含率的增大,大气泡含率略有降低,但大气泡直径及其上升速度都明显增大;当固含率超过19.5%(体积分数)后,小气泡上升速度几乎下降为0;当固含率达到29.3%(体积分数)时,小气泡基本消失。     

超声场中鼓泡塔内气泡直径分布特征研究

利用自主研发的超声鼓泡塔和双电导探针气泡特征参数测量仪测定了不同频率组合下超声场辐射对鼓泡塔内气泡Sauter直径随表观气速和鼓泡塔径向及轴向位置的分布情况。实验结果表明,在距气体分布板轴向距离250 mm、塔中心处气泡Sauter直径由于超声作用而显著减小,最大减幅达55%;在超声场作用下随着表观气速增大,气泡Sauter直径呈增大趋势,当表观气速大于0.06 m/s时,气泡Sauter直径趋于不变;大气泡在塔中心区域聚集倾向明显,小气泡分布在塔壁面附近,气泡Sauter直径(在径向位置)呈现中心峰分布趋势;随着距气体分布板轴向距离增加,气泡Sauter直径增大,在多频混响声场中,气泡Sauter直径增速小于单频声场中增速,即在多频混响超声场中易形成小气泡。实验结果证实,超声场有利于减小气泡体积,增大气泡比表面积,这对于加强气液相间传质、提高传质效果会有显著作用。     

基于EMMS模型的气固鼓泡床的模拟及气泡特性的分析

基于EMMS曳力模型,采用双流体的方法对气固鼓泡床内的气固流动特性进行模拟,建立基于图像处理气泡特性的分析方法,重点研究了不同表观气速下气泡在床层内分布特性,包括气泡平均当量直径、气泡速度和气泡球形度的轴向分布,以及气泡的生命周期。研究结果表明,小气泡多集中在床层底部和壁面区域,而大气泡多集中在床层中间区域。随着表观气速的增加,床层高度不断增加,气泡的球形度降低,气泡的大小、出现频率、上升速度以及生命周期均增加;然而,当表观气速增大到一定程度,继续增加气速对气泡的上升速度影响不大。     

静电效应对有无埋管气固鼓泡床内气泡特性的影响分析

采用基于双流体模型(TFM)耦合静电模型的方法,研究颗粒的静电对有无埋管气固鼓泡床内气固流动特性和气泡特性的影响。首先在无静电场存在的条件下,利用双流体模型对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的流动情况进行模拟并与实验结果进行对比;进一步耦合静电模型,考察静电对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的整体性质和气泡特性的影响。研究结果表明,在无静电场条件下采用双流体模型能较好地预测自由鼓泡床和埋管鼓泡床内的气固流动状况以及气泡的平均直径和气泡的上升速度。埋管的存在使鼓泡床内气固流动发生强烈扰动,并使气泡的平均直径和气泡的上升速度均呈振荡分布。静电的存在对自由鼓泡床和埋管鼓泡床内床层的平均固含率影响不大,但对气泡分布规律影响较大,使得自由鼓泡床内气泡数目减少,而埋管鼓泡床下部区域的气泡分布比较集中,上部有大气泡出现。     

鼓泡塔中气泡尺寸分布和局部气含率研究

在内径为0.38 m的鼓泡塔中采用双电导探针法对不同通气速率下的气泡尺寸分布和局部气含率进行了实验研究,分析了气泡尺寸的概率密度分布。结果表明:气泡尺寸随轴向高度的增加而增大,随径向距离增加而减小;鼓泡塔中气液流动可分为过渡流域和充分发展流域,在过渡流域气含率随轴向高度增加而增大,在充分发展流域气含率趋于均值,径向局部气含率分布呈抛物线型下降。高气速下气泡尺寸概率密度分布比低气速下宽,且随轴向高度的增加分布变宽。     

采用压力传感技术测量鼓泡床中流体力学参数

引　言鼓泡床以其良好的传热、传质、相间充分接触和高效的可连续操作特性在许多领域得到了广泛应用 .在过去的 4 0多年里 ,人们采用许多测量方法(光导纤维、多普勒测速仪、电导法、压力传感技术 )对鼓泡床中的各种流动行为进行了大量研究 ,由于床层内流动的复杂性以及各测量手段间的差别 ,得出的结论不尽相同[1] ,而且工业反应多数在高温、高压、非透明体系下进行 ,这限制了许多测量技术的应用 .压力传感技术以其适用范围广、所需仪器便宜、耐用、测量结果准确的特点在鼓泡床流体力学参数测量中得到了广泛应用床层塌落法是压力传感技术在鼓泡床流体力学参数测量中的一个重要应用 .Sriram和Mann[2 ] 较早地将其应用于测量鼓泡床中的气含率 ;Fan等[3] 也曾利用此方法测量鼓泡床内的固含率 .前人大都采用压力传感技术测量床层内的平均相含率 ,而采用此方法测量大小气泡分数和气泡上升速度的报道很少 .本文根据前人在此方面的研究成果并结合本实验的特点进行了这方面的研究1　实验装置本实验结合工业对二甲苯氧化反应器的特点设计并建立了其流体力学冷模实验装置 ,如图 1所示 .鼓泡床高 6 6m ,内径 0 3m .在鼓泡床一侧自...     

Bubble Behavior of a Large‐Scale Bubble Column with Elevated Pressure

Gas holdups and the rising velocity of large and small bubbles are measured using the dynamic gas disengagement approach in a pressured bubble column of 0.3 m in diameter and 6.6 m in height. The effects of superficial gas velocity, liquid surface tension, liquid viscosity, and system pressure on the gas holdups and the rising velocity of small and large bubbles are investigated. The holdup of large bubbles and the rising velocity of small bubbles increase with increasing liquid viscosity and liquid surface tension. Meanwhile, the holdup of small bubbles and the rising velocity of a swarm of large bubbles decrease. Moreover, the holdup of large bubbles and the rising velocity of a swarm of small bubbles decrease with increasing system pressure. A correlation for the holdup of small bubbles is obtained from experimental data.     

Enhancement in gas holdup in bubble columns through use of vibrating internals

Including internals in bubble columns is known to enhance the gas holdup. In this paper, a method to achieve this objective substantially has been proposed via the use of vibrating helical spring internals. Experimental observations on effect of vibrating internals such as vibrating helical springs on gas holdup in bubble columns are presented. Effects of superficial gas velocity, H/D ratio (height of the static liquid to column diameter ratio), volume fraction of helical springs, and thickness of the helical spring wires on hydrodynamics parameters are studied. Increase in gas holdup up to 135% is observed by using vibrating helical spring internals in bubble columns compared to bubble columns without internals. This method offers a simple, cost‐effective, and easy way to enhance gas holdup even at high gas fluxes. It has been reported that this enhancement stems from the fact that the vibrating springs breakup the gas into fine bubbles, which effectively reduces their rise velocity and enhances their average residence time in the liquid column.     

网格和数值格式对TBPBM-CFD模型模拟鼓泡塔的影响

基于气泡动力学属性的现有认识,把气泡分成大、小气泡,首次建立了完整的双气泡相-群平衡模型(TBPBM)以预测气泡尺寸.通过编写用户自定义程序实现了TBPBM模型、Luo破碎模型以及Prince 聚并模型,并耦合TBPBM与CFD双流体模型对直径440 mm鼓泡塔进行数值模拟,详细考察了网格与数值格式对TBPBM-CFD模型模拟结果的影响.结果表明,网格与数值格式对各物理变量的模拟结果影响非常大,特别是网格和体积分数方程对流项离散格式的影响最为显著.随着计算精度的提高,湍流耗散率和整体气含率分布梯度增大,气泡平均直径减少,大气泡所占气相比率降低,液相速度及气含率径向分布与实验值更趋吻合.     

装配水平筛板的气升式反应器中气液传质特性的数值模拟

利用Turbulent–Lehr组合模型对装配水平筛板的气升式反应器进行了计算流体力学(CFD)模拟,研究水平筛板对气含率、气泡直径、体积传质系数(kLa)和气液流速的影响。结果表明,筛板对气相的囤积作用和对液相的阻碍作用增加了反应器的整体气含率。筛板对气相的二次均布作用减弱了筛板和液面之间区域的气泡聚并过程,筛板筛孔对气泡的破碎作用产生了大量小于初始直径的气泡,增加了气泡比表面积(a);筛板对液相的阻碍作用提高了筛板附近的气–液相流动速度差,从而提高了该区域的液膜传质系数(kL),强化了反应器内的气液传质效果。     

操作变量对大型浆态床反应器流体力学特性的影响

研究了系统压力、表观气速和固体颗粒体积分数对浆态床反应器气含率、气泡直径及气液接触面积的影响 ,通过试验得出了气含率和操作变量之间的统计关联式 ,给出了在湍流条件下浆态床反应器中气含率和气体动量之间的关系     

Characteristics of flow fields in the gas–liquid mini-bubble columns with particle image velocimetry measurements

As a new type of gas–liquid microreactors, the gas–liquid mini-bubble column has potential applications. However, few studies on the flow fields in the mini-bubble column can be found at present. In this work, particle image velocimetry (PIV) was used to visually study the velocity fields, vorticity fields and bubble dynamics in the gas–liquid mini-bubble columns with column inner diameters of 1–3 mm and mini-bubble diameters ranged from 0.7 to 1.3 mm. It is found that with the increase of superficial liquid velocity, bubbles rose from almost straight line to Z-shaped or S-shaped trajectory, and the bubble trajectory changed from one-dimension to three-dimension; when the bubble velocity changed, the bubble size and gas holdup decreased; bubble terminal velocity was controlled by bubble buoyancy and flow resistance, and increased slightly with bubble coalescence. These findings may provide basic reference for the design and scale-up of such a mini-bubble column reactor.     

Experimental investigation on multiscale hydrodynamics in a novel gas–Liquid–Solid three phase jet-Loop reactor

Multiphase flow hydrodynamics in a novel gas–liquid–solid jet-loop reactor (JLR) were experimentally investigated at the macroscales and mesoscales. The chord length distribution was measured by an optical fiber probe and transformed for bubble size distribution through the maximum entropy method. The impacts of key operating conditions (superficial gas and liquid velocity, solid loading) on hydrodynamics at different axial and radial locations were comprehensively investigated. JLR was found to have good solid suspension ability owing to the internal circulation of bubbles and liquid flow. The gas holdup, axial liquid velocity, and bubble velocity increase with gas velocity, while liquid velocity has little influence on them. Compared with the gas–liquid JLRs, solids decrease the gas holdup and liquid circulation, reduces the bubble velocity and delays the flow development due to the enhanced interaction between bubbles and particles (Stokes number >1). This work also provides a benchmark data for computational fluid dynamics (CFD) model validation. © 2019 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 65: e16537, 2019