气固下行床催化裂化(裂解)反应的应用研究

讨论了气固下行床应用于催化裂化领域的一些实验研究情况,包括下行床催化裂化反应器研究、国内外的热点实验状况及结果和广泛的应用前景,对其进一步的发展提出了一些建议。     

变气速气—固流态化流体力学

在φ１００ｍｍ流化床内，使用活性炭，高密度聚乙烯、石英砂３种Ｂ类粒子，测定了当脉冲气流频率在０～７ＨＺ时，变气速流化的床层压降、起始流化速率和空隙率。实验得到了反映变气速流化时起始流化速度降低的ｕ＾０ｍｆ－ｕｐ图。通过测定床底的压力波动，得到了反映变气速流化的强制振动作用与脉冲气速、平稳气速的关系的ｕｅ－ｕｐ图。     

垂直气固并流上行／下行系统安全发展段的混沌研究

针对垂直气固并流上行／下行系统的完全发展段、使用光纤密度探头测得反映系统局部密度涨落信息的时间序列,利用确定性混沌理论进行分析,获得表片系统自由度的关联维烽和反映系统信息挂失速率的Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ熵,并对上行和下行系统做比较研究。研究发现反映局部瞬态行为特征的Ｄｍｌ和Ｋｍｌ在上行和下行系统中一定的操作条件下具有大致相同的数值,且混沌参数与局部固含率表现为对应关系。     

气固并流下行床反应器出入口结构研究现状与展望

自80年代中期以来,气固并流下行床反应器以其接触时间短、接近平推流而成为气固流态化新的研究方向。本文对目前下行床反应器出入口结构方面的研究现状进行了总结,包括下行床出入口结构设计、出入口形式对下行管流动混合行为的影响气固分离效率等。在此基础上,探讨了下行床出入口结构及其性能之间的关系,并提出了下行出入口设计与放大的基本思路。     

气固流态化干法选煤技术现状

介绍了固体颗粒流态化的概念,分析了在流化床内固体颗粒经历的固定床阶段、流态化阶段和输送阶段的变化过程及各阶段颗粒状态,列举了国内外科研人员在采用流态化技术进行干法选煤及选矿方面的研究进展。     

高温气-固相流态化的理论分析

高温气——固相流态化是为了将流态化技术应用于水泥熟料煅烧工艺而提出。通过对传统流态化技术和水泥熟料煅烧工艺特点的分析,说明高温气—固相流态化在理论上是可行的。发生高温气—固相流态化的颗粒粒径为4～8mm,属于大颗粒聚式流态化。     

循环流态化：（Ⅱ）气—固流动规律

循环流态化气、固两相流动行为是比较复杂的,它不仅取决于气体速度、颗粒循环速率以及气、固物性;而且受设备条件(床层直径、床层高度、进、出口结构、内部构件等),操作温度和压力等因素的影响。循环流态化气、固流动的基本特征,表现在局部结构上是存在颗粒的聚集现象,表现在整体结构上为存在颗粒浓度、气体、固体运动速度等的轴、径向不均匀分布。这种局部和整体宏观上的不均匀性,相互影响,相互关联,是表征循环流态化气、固两相流动行为的重要因素,也是研究和改善循环流化床反应器的基本课题。     

气固循环流态化研究中常用的测试技术

本文从颗粒浓度、气固速度以及气固混合行为三方面综合介绍了循环流化床研究中常用的各种测量技术,对其中比较常用和新兴的测量方法进行了较为详细的说明,以便于我国循环流态化领域辛勤工作 的研究者参考。     

气固下行流化床反应器：Ⅰ下行管反应器的发展及其应用

和上行提升管反应器相比，敢固下行流化床反应器由于具有气固停留时间短，气固径向分布均匀，返混小等显著优点，因而在化工，石油，石油化工，能源等许多领域具有潜在的应用的前景，被誉为是２１世纪取代提升管反应器的一种新型高效反应器。     

窄筛分颗粒气固流态化特性数值模拟研究

为更好地指导工业生产,了解不同粒径颗粒在气固流化床中的状态以及流化床中颗粒分布情况,针对气固流化床中窄筛分颗粒流态化特性进行数值模拟研究。通过流场模拟软件分析在相同流化床中不同粒径段的颗粒(46～80、106～113、185～221μm)和不同流化床进气速度条件下所能达到的体积分数和流化床层高度以及达到这一指标所需时间,并采用欧拉-欧拉模型和SIMPLE算法计算不同气速条件下的颗粒体积分数、速度分布。结果表明,在相同气速条件下,颗粒粒径增大,导致流化床内颗粒体积分数最高点与最低点的差距变大,颗粒分布不均匀性增加,同时床层整体高度下降,床层内颗粒密度上升,颗粒体积分数下降,流化效果降低;相同颗粒粒径情况下,增加气速可降低流化床内部颗粒的体积分数,增加气体与固体颗粒的接触面积,增强流化效果,但减少了流化床内部颗粒速度矢量分布达到均匀的时间,颗粒分布不均匀性更加明显。     

黏性颗粒流态化的气固流动模型研究进展

黏性颗粒间存在较强的范德华力、液体桥力、静电力等黏附力作用,在流态化时易发生聚团现象,影响流化床的正常操作. 连续介质模型、离散颗粒模型和拟颗粒模型用于研究颗粒聚团流态化行为时各有优缺点. 基于欧拉方法的连续介质模型无法具体描述颗粒间的相互作用;采用拉格朗日法则能从颗粒微观受力、颗粒碰撞、聚团流动等多尺度研究黏性颗粒的流态化特性. 但受限于巨大的运算量,离散颗粒模型模拟的颗粒数有限,拟颗粒模型目前仅适合处理纳微尺度问题. 随着高性能计算机的发展和普及,基于拉格朗日法的黏性颗粒流动模型应用前景广阔.     

粒径及声场对SiO2超细颗粒流化行为的影响

采用内径为56 mm的玻璃管流化床,考察了平均粒径分别为5~10 nm(1#), 0.5 mm(2#)及10 mm(3#)的SiO2超细颗粒在无声场及声场存在下的流化行为. 无声场时,1#和2#颗粒可在较高的气速下形成稳定聚团,单位质量颗粒团间作用力与原生颗粒相比显著下降,因而可实现稳定的聚团流化,3#颗粒因颗粒间粘性力较大,无法实现稳定流化. 40~60 Hz的声场对3种超细颗粒的流化行为均可起到一定的改善作用,在此频率范围外,声场的作用不明显. 提高声压级,可以使1#和2#颗粒团发生一定程度的破碎,聚团尺寸减小,最小流化速度降低. 在实验范围内,添加声场无法使3#颗粒实现稳定流化.     

U型阀结构下颗粒流态化排料的数学模型

针对U型阀在常温常压下的流态化排料状态,建立了以力平衡为基础的数学模型,用于计算该状态下的排料速率,并在循环流化床系统中用平均粒径为81.9 mm的石英砂颗粒进行流态化排料实验,对数学模型进行验证. 结果表明,排料室表观气速为1.5~2.5Umf(Umf为最小流化速率)时,排料速率随排料室表观气速增大而增大,U阀处于流态化排料状态. 不同条件下用模型对排料室压降和排料速率进行计算,与实验数据的平均计算误差排料室压降为±2%,排料速率为±7%,计算值和实验值吻合较好.     

沸腾炉炉底形状对气固两相流动特性的影响

采用CFD模拟了沸腾炉内气-固相互作用的过程,分析了不同弧度炉底条件下,颗粒瞬时浓度分布、颗粒的速度大小和方向随时间变化、床层中心处压降随高度变化、颗粒在径向的浓度变化规律. 结果表明,当表观气速为0.24 m/s时,平底的中心气流较强,而弧形炉底可有效发展边壁气流,通过模拟得到弧形炉底炉内中心线上的压力在高度为350~450 mm处有突降过程,当炉底弧度为60o时,颗粒浓度分布较为均匀,增强了主反应段的内循环. 而炉底弧度为90o和0o时,颗粒浓度在中心或边壁处较大,分布不均匀,在主反应段不能有效形成内循环. 相对于炉底弧度为90o和0o,弧度为60o的气泡数量较多,且直径小于50 mm的气泡比率较大. 模拟结果通过与实体模型实验平台拍摄的气体-颗粒的流动图谱和检测数据的比较分析得到了验证. 60o弧度的炉底可以有效减少细颗粒的扬析量和提高流化质量.     

逆流超重机传热效果的实验研究

通过对逆流超重机传热实验数据的分析,讨论了冷热流体的进口温度、流量、超重机转速等因素对超重机传热的影响。通过实验数据的分析和比较得出超重机作为传热设备明显优于传统设备。     

下进风袋式除尘器内部气固两相流动数值模拟

为了研究袋式除尘器滤袋失效机理 ,进一步指导除尘器的设计、运行和改进 ,通过简化滤袋结构和应用结构化 /非结构化混合网格技术 ,对DMC180型下进风袋式除尘器实际运行条件下的内部气固两相流动进行了数值模拟。计算结果表明 ,袋室内形成了旋涡回流和不均匀压力场 ,袋室后端滤袋组过滤速度和滤袋间隙速度大大超过最大允许值 ,是后端滤袋易于磨损失效的主要原因。通过计算还得到了不同处理风量和过滤介质表观渗透率条件下 ,各滤袋组过滤速度和颗粒沉积量分布规律。指出了该型袋室结构设计缺陷和改进方向     

不同流型下组合约束型提升管出口段固含率分布

在一套组合约束型提升管冷态实验装置上,研究了气力输送和快速流态化两种流型下,出口段局部固含率分布规律及不同操作条件对固含率的影响。结果表明:局部固含率径向分布整体上呈中心小、边壁大的分布特征,并随分布器开孔率和表观气速的降低而增大,随上部流化床层压降和颗粒循环强度的降低而减小;在快速流态化操作下,局部固含率曲线分布形式与常规提升管类似,而在气力输送状态下,临近出口区域局部固含率最大值通常不出现在边壁处,其位置随表观气速和分布器开孔率增加以及颗粒循环强度和上部流化床层压降降低而远离边壁;两种流型下局部固含率径向分布的均匀性均随表观气速及分布器开孔率的增加而升高,随颗粒循环强度及流化床层压降的增加而降低。     

Numerical Simulations of the Effect of Conical Dimension on the Hydrodynamic Behaviour in Spouted Beds

The flow behaviours of gas‐solids were predicted by means of a hydrodynamic model of dense gas‐solid flow in spouted beds. Constitutive equations describing the particulate solids pressure and viscosity were implemented into a hydrodynamic simulation computer program. The effect of operating conditions (inclined angle and gas spouting velocity) on particle velocity and concentration in the spout, annulus and fountain regions were numerical studied. Both vertical and horizontal particle velocities increased with increasing spouting gas velocity. The diameter of the spout increases with decreasing the inclination angle. As the inclination angle is set greater than 60°, the spout cross‐section starts becoming bottlenecked, limiting the upwards flow of solids.     

勾形磁场下重力水平和温度梯度对CdZnTe分离结晶生长的影响

为了了解勾形磁场下相关参数对CdZnTe晶体生长的影响,利用有限元法对坩埚内的热量和动量传递过程进行了全局数值模拟。分析了不同的磁场强度下重力水平、壁面温度梯度对CdZnTe晶体生长过程的影响。结果表明：重力水平存在1个临界值,此时CdZnTe熔体内最大流函数最小,流动最弱。随着温度梯度逐渐增大,熔体内最大流函数也逐渐增大,熔体的流动越来越强,不利于晶体稳定生长。通过施加勾形磁场,能有效抑制熔体内的流动,有利于晶体的稳定生长,为地面条件下制备大尺寸CdZnTe晶体创造了条件。     

Hydrodynamic study of a liquid/solid fluidized bed under transverse electromagnetic field

This work is devoted to the study of liquid/solid fluidization subjected to an external transverse electromagnetic field (either steady, or periodic orientation changing), in the range 0-48 000 A m^− 1. The porous media is constituted by a mixture of ferromagnetic steel shots and non-magnetic zinc particles with mass fractions from 10 to 100% of ferromagnetic material. Key parameters of the bed (superficial velocity, pressure drop, porosity, particle movement) are used to describe the influence of electromagnetic field and mass fraction on fluidization and bed behaviour. Whereas changing orientation fields do not produce any positive effect, steady fields provide peculiar and interesting properties to the media through the drawing of state diagrams. Thus Magnetic Stabilized Fluidized Bed (MSFB) can be obtained and the stabilization zone is increased by a factor 6 when ferromagnetic mass fraction goes from 10 to 75%. Such stabilizing effects improve bed performances of some applications, such as electrochemical cementation. Besides typical remanant porosity effects are highlighted.