离子液体催化烷基化旋流反应器内轻相停留时间分布模拟研究

研究提出了一种可实现反应分离一体化的新型离子液体催化烷基化用旋流反应器,采用RSM湍流模型、Eulerian多相流模型加载组分运输方程对旋流反应器内轻相停留时间分布开展数值研究,并考察重/轻相体积流量比、入口总流量对停留时间分布的影响。模拟结果表明:旋流反应器内平均停留时间实验值与模拟值吻合;新型旋流反应器内停留时间分布曲线为单峰分布,无明显拖尾,说明反应器内返混现象较轻;轻相液体在旋流反应器内的平均停留时间随着入口流速的增大而减小;拟合出轻相液体平均停留时间与入口流量的函数关系,可根据烷基化反应时间来调节适宜的操作工况。     

旋风分离器排气管结构优化数值模拟研究

为验证新型分离器(其结构特点为排气管带有扩展角β)的可行性,采用雷诺应力模型对不同扩展角旋风分离器的流场进行三维数值模拟研究。结果表明:新型分离器内各截面上不同扩展角对应的内旋流切向速度分布基本一致,而外旋流的切向速度随着扩展角的增加而逐渐减小,但变化幅度不显著,且随着扩展角的增加,内旋流与外旋流之间的速度差减小,降低了内外旋转流动的摩擦损失;新型旋风分离器在4个截面上,Ⅱ区域和Ⅳ区域内的轴向速度随着扩展角的增加而减小,携带颗粒的气流停留时间增加,有利于颗粒的分离,且其轴向速度峰值之差减小,气流在旋转运动过程中的能量损失减小;在Ⅳ区域内,其回流速度随着扩展角的增加而减小,降低了内旋流的涡团能耗;短路流动和湍动能随着扩展角的增加而增大,只有排气管扩展角β为5.7°时的流场分布较为合理;其静压力损失随着扩展角的增加而降低。     

短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。     

轴流式气液旋流分离器内气相流场的数值研究

应用RSM湍流模型对内径100mm的轴流导叶式气液旋流分离器内气相流场进行了数值研究,计算得到的气流时均速度分布和压力分布与实验测量结果基本吻合。根据分离器内气相流动分布的特点可知:(1)气流旋转强度与导向叶片出口角有关,出口角越大,切向速度越小;(2)排气管下口区域存在明显的短路流分布,容易卷吸夹带液滴进入排气管逃出,造成分离效率下降;(3)排气口和排液口附近的区域气流湍流脉动强度高,容易造成液滴破碎,直径减小,从而影响分离效率。以上研究结果为轴流导叶式气液旋流分离器的结构优化,进一步提高分离性能奠定了基础。     

微型多进口旋流器内气流形态的数值模拟

为探究不同进口个数的结构设计对微型旋流反应器气相流场的影响,文中采用雷诺应力(RSM)湍流模型,对进口速度分别为10,20和50 m/s时的单进口、双进口和四进口微型旋流反应器气相流场进行数值模拟。基于模型有效性验证的数值结果表明:进口个数会影响流场对称性和截面速度分布。多进口旋流反应器的切向流场轴对称性较好,在各截面上最大切向速率较大。多进口旋流反应器的轴向速度则随着截面高度的增大明显减小,而单进口旋流反应器截面轴向速度变化并不明显。多进口旋流反应器之间的流场基本相似。进口速度的增大则会使旋流反应器截面上的切向速度和轴向速度相应增大,另外进口速度并不影响截面最大切向速度的径向位置。     

直筒型导叶直流式三相旋流器气相流场的实验研究

使用五孔球探针对一种用于分离液固相的直筒型导叶直流式三相旋流器的气相流场进行了实验测定。得到了三个不同区域的速度和静压分布。发现了筒体中心存在强烈的内旋流 ,而且内旋流的轴向速度比外旋流轴向速度大一个数量级 ;内旋流在下行过程中不断汇入气体 ,轴向不断加速。排气管外环状区域以切向速度为主。轴向速度较小 ,只有小于总流量 13 %的气体进入排气管外环形空间下行反转     

新型旋风分离器气相流场测试实验研究

针对高温高压的特殊情况提出了一种新型的旋风分离器,并用三维动态粒子分析仪PDA对不同结构参数和操作条件下的气相流场进行了测试,得出该旋风分离器内气相流场的整体特性———流场的切向速度分布在分离空间具有明显的对称性,任一截面上的分布分成内外2层旋流,外旋流是准自由涡,内旋流是准强制涡;同时分析了入口角度、排气管直径、高径比和入口气速等因素对其切向速度的影响规律,在此基础上依据实验数据关联出了计算内旋流直径和速度分布指数的公式。     

直简型导叶直流式三相旋流器气相流场的实验研究

使用五孔球探针对一种用于分离液固相的直筒型导叶直流式三相旋流器的气相流场进行了实验测定。得到了三个不同区域的速度和静压分布。发现了筒体中心存在强烈的内旋流，而且内旋流的轴向速度比外旋流轴向速度大一个数量级；内旋流在下行过程中不断汇入气体，轴向不断加速。排气管外环状区域以切向速度为主。轴向速度较小，只有小于总流量13%的气体进入排气管外环形空间下行反转。     

撞击流反应器撞击区流动特性研究

为研究撞击区的流动特性,在有效容积为160 L的撞击流反应器内,以水为介质,饱和KCl溶液为示踪剂,用电导法测定了不同导流筒出口间距和撞击流速下的示踪剂浓度曲线,并通过多釜串联模型拟合得到了撞击区的平均停留时间及模拟釜数。结果表明:导流筒出口间距减小,撞击流速增大,撞击区平均停留时间减小,釜数减小;撞击流速为2.0 m/s时,撞击区内流型接近于全混流。停留时间分布主要受撞击流速的影响,增大流速有利于促进撞击区中的宏观混合。     

排气管尺寸对旋风分离器流场影响的数值模拟

用雷诺应力湍流模型（RSM）模拟研究旋风分离器排气管尺寸对旋风分离器流场的影响.结果表明：单入口旋风分离器的非轴对称性在环区更明显;在排气管壁存在滞流区,排气管尺寸减小,该滞流区变薄;在分离区,De/D≥0.4时,旋风分离器的中心位置存在向下旋流,该旋流造成一定返混,对提高旋风分离器效率不利;随着De/D的减小,内旋流切向速度提高,中心处的向下旋流速度减小,总压降大幅提高;当De/D=0.3时,中心处向下旋流消失,提高了分离效率.     

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。     

自热转化炉停留时间分布

以氢气作为示踪剂,运用脉冲法测定自热转化炉内停留时间的分布。实验结果表明:随着催化剂床层的增高,停留时间分布密度函数变窄,平均停留时间和量纲一方差均减小;当进口气量增大时,平均停留时间减小,量纲一方差增大。应用N个全混流反应器(CSTR)、轴向混合模型和平推流模型串联建立自热转化炉停留时间分布模型,由Laplace变换法和阻尼最小二乘法对模型参数进行估算,模型估计停留时间曲线与实验测量曲线吻合良好。     

一种新型气固分离器内气相流场的数值模拟

针对催化裂化原料日益重质化的趋势,提出了一种后置烧焦管式组合再生工艺. 后置烧焦管出口的气固分离装置是实现这种工艺的关键设备之一. 为此,设计了一种基于离心与惯性分离原理相结合的新型气固分离器.为了详细研究该分离器,结合流场实验结果,采用数值模拟方法对该分离器内的气相流场进行了数值模拟,数学模型为标准湍流模型.模拟结果给出了分离器内的流场总体特征为:气流以切向速度为主,竖直向上进入分离器的气体绕排气管做旋转运动,先后由排气管上的窄缝排出,部分气体由排气管下方空间返回入口区;拱形分离空间内切向气速随径向位置的增加而减小.排气管上的开缝形式是分离器压降增加的主要因素.将排气管上的两条窄缝改成总面积与排气管内截面积相等的均匀切向窄缝,避免了管内旋流涡核的偏心,分离器压降明显降低.     

催化裂化用短接触旋流反应器内气固滑移特性

利用欧拉-欧拉双流体模型对短接触旋流反应器分离腔内气固滑移特性进行了数值模拟,主要研究了切向气固滑移速度的分布规律,并考察了操作参数和物性参数对分离腔内切向滑移速度的影响。计算结果表明,分离腔内切向气固滑移速度沿径向呈“驼峰”分布;当气相入口速度增大或者剂气比减小时,切向气固滑移速度变小,颗粒切向速度增大,离心力增大,有利于提高气固分离效率;颗粒密度对切向滑移速度分布影响不大;颗粒粒径较大时,在排尘口易出现堵塞,不利于长周期运行;建立了截面平均切向气固滑移速度计算模型,计算值与模拟结果误差在±7.0%以内。     

白钨矿连续酸浸槽内固体颗粒的流动特性实验及模型研究

以停留时间分布（RTD）为评价指标,对硫磷混酸浸出白钨矿的连续浸出槽内固相颗粒流动行为进行实验研究。同时探究了进料流量、搅拌转速、连续浸出槽中物料进出口位置组合对固相颗粒流动行为的影响。实验结果表明：随着进口流量的增大,一开始槽内的返混程度得到了增强,量纲为1化方差变大,但是继续增大进口流量,进口处物料的横向迁移速度加强,使槽内流体流动趋向平推流,导致量纲为1化方差减小;量纲为1化方差随着搅拌转速的增大而增大,但是此时在槽下部区域会逐渐形成循环死区,槽内死区体积分数随之增大;平均停留时间随着物料进出口位置的变化而发生变化,下进下出的进出料位置组合其平均停留时间最大,且最接近理论平均停留时间。最后利用非理想流动模型来表征实验过程中的停留时间分布,模型拟合的停留时间曲线与实验测量的曲线吻合程度良好。     

多旋臂气液旋流分离器内气相流动特性分析

为考察费托合成过程中用于油气分离的新型多旋臂气液旋流分离器内气相流场分布特性,明晰离心分离效果,采用RSM湍流模型对分离器气相流场进行模拟研究,所得压降与实验数据吻合较好,表明该模型适用于模拟该分离器。根据结构特点和压力分布特性,将分离器划分为四个区：进料管区、旋臂区、环隙区和分离区。结果表明,气体流经旋臂时运动方向改变产生的阻力损失占总阻力损失的60%以上;经旋臂排出后气体分为三股,即沿封闭罩逆时针上行流和下行流,以及沿旋臂与进料管之间区域顺时针上行流;环隙区轴向高度1.472 m,周向位置45°, 135°, 225°, 315°附近形成轴向速度为零的横向旋涡,同时气体在环隙区内径向位置|r/R|=0.972处出现切、轴向速度的最大值,且运动角度均稳定维持在37.43°附近;分离区内上下行流界限清晰(位于|r/R|=0.854)且切向速度符合Rankine涡结构,拟合得到平均准自由涡旋涡指数n=0.697;旋臂附近区靠近外侧壁面处(|r/R|=0.893)和环隙区内|r/R|=0.972处的切向速度均对入口气速的变化较敏感。     

G-LISR不同气相入口流速对流场特性的影响

为了提高气液撞击流反应器(G-LISR)的混合性能,找到合适气相入口速度的操作参数,采用ANSYS Workbench中的Geometry模块,基于欧拉·拉格朗日法建立G-LISR气液两相流动数学模型。在加速管对置距离为400mm,液相入口速度为5m/s,三种不同的气相入口速度(10,15,20m/s)条件下,用数值模拟软件Fluent分析模拟出了不同气相入口流速下反应器内流场的分布特征。模拟结果表明:随着气相入口初始流速的增大,反应器内湍流强度有所增加,在压力波动最为剧烈的撞击面中心点处,压力急剧增大。增大气相初始流速,将降低反应器中的液滴的浓度分布,减少了液相在反应器中的停留时间。从能量损耗和气液两相在反应器中的混合效果来看,气相初始流速不宜过大,10m/s为较佳。     

Study of an Annular Photoreactor with Tangential Inlet and Outlet: I. Fluid Dynamics

Photochemical reactors tend to exhibit turbulent flow even with low Reynolds numbers. The k‐? model is not always appropriate in this situation. An annular photoreactor was designed with tangential inlet and outlet tubes to investigate this. The fluid flow was characterized by residence time distribution (RTD) experiments, which were reproduced by computational fluid dynamics considering four relevant turbulence models: the k‐?, the k‐ω, the shear stress transport, and the Reynolds stress models. Inlet effects induced helical flow throughout the reactor, switching to plug flow depending on the flow rate and the turbulence model. The k‐ω model properly deals with viscous effects and reproduces the experimental RTD curves with correlation coefficients greater than 0.9566, against 0.8705 from the k‐? model.     

连续进出料鼓泡流化床颗粒停留时间分布

针对双流化床气化或双床热解气化工艺中鼓泡床反应器的设计,采用脉冲法研究了Geldart B类固体颗粒在连续颗粒进料和出料的矩形流化床内的停留时间分布(RTD),考察了气速、床料高度、粒径、物料流率等操作参数对RTD的影响. 结果表明,物料流率、床料高度、粒径是影响颗粒RTD的主要因素,而气速则是次要因素. 随物料流率和粒径增加,鼓泡床内颗粒流动向平推流靠近;随床料高度增加,物料在床内的混合更加充分,颗粒流动向全混流靠近. 根据实验结果,推荐采用比理想平推流时间低9%~18%计算平均颗粒停留时间.     

Modeling of Slug Velocity and Pressure Drop in Gas‐Liquid‐Liquid Slug Flow

Gas‐liquid‐liquid slug flow in a capillary reactor is a promising new concept that allows one to incorporate gas‐liquid reaction, liquid‐liquid extraction, and facile catalyst separation in a single unit. In order to assess the performance of a gas‐liquid‐liquid slug flow reactor, it is necessary to predict the slug velocity and pressure drop to ascertain residence times and reaction rates. New empirical models for velocity and pressure drop were developed based on existing models for two‐phase gas‐liquid and liquid‐liquid slug flows, and these were validated experimentally.