多层百叶窗式挡板对三相流化床中固体颗粒轴向分布的影响

针对作者开发的带有导管与多层百叶窗式挡板特殊构型的三相流化床反应器, 实验考察了百叶窗式挡板层数与挡板倾角构型参数、气体与浆液流量操作参数对床内固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的影响.实验结果表明, 百叶窗式挡板的层数是影响固体颗粒轴向浓度分布及粒度分布的主要因素,当百叶窗层数多于15层时, 挡板上下方分区明显.并就挡板影响颗粒分布的可能机制进行了分析讨论.     

快速流态化两通道模型

本文根据实验观测及文献资料,提出了一个快速流态化气固两通道流动模型.该模型综合考虑了固体颗粒在床内的轴、径向密度分布和颗粒的内循环流动,具有物理意义明确、模型参数少等优点.通过对文献及本实验的多组轴向空隙率分布数据的验算,获得了模型参数的经验关联式.计算表明,该模型可以较好地描述快速流化床内气固运动及颗粒密度分布的规律.     

循环流化床流体特性研究

在 D2 0 0 mm× 2 560 mm自制循环流化床上利用生石灰进行了流体特性研究 .实验结果表明 :固体颗粒循环速率和表观气速是影响压力分布的两个重要因素 .降低气速、提高颗粒循环速率 ,可以提高床内颗粒浓度 ,增加颗粒停留时间 .最后经无因次分析和实验数据拟合 ,分别得到了循环流化床压降和颗粒浓度沿床轴向分布经验关联式 .     

三相流化床间歇操作中颗粒的混合与离析行为

在直径41 mm、高1500 mm的间歇操作三相流化床中对双组分固体颗粒的轴向浓度分布、混合和离析行为进行了实验研究. 实验所用固体混合物为密度相近、直径不同的大孔吸附树脂(H-103)与橡胶球. 采用多个百叶窗式金属网及床层膨胀法测量颗粒固含率及流化床气含率沿床层轴向的变化情况,借用描述液-固两相流化床的沉降-分散模型描述气-液-固三相流化床,并采用了Fan等的离析速度与床层高呈线性关系的假定. 实验结果证明,沉降-分散模型可以用来描述气-液-固三相流化床中的固体浓度分布,Fan等的假设是成立的.     

倒置液固流化床内液固两相流动特性的数值模拟

基于欧拉-欧拉双流体模型,数值模拟倒置液固流化床内液固两相流动行为.数值模拟预测了床内颗粒的速度、浓度分布以及空隙率的变化.研究结果表明颗粒在床内分布呈现非均匀分布,床内形成局部高空隙率的流体团;随着床层高度增加,颗粒轴向速度增大:数值模拟床内空隙率与Renganthan等的实验结果相吻合.     

方截面循环悬浮床内构件对气固混合行为的影响

在冷态的方截面烟气脱硫循环悬浮床实验装置中,研究了上升床中部内构件不同安装方式对床内气固两相流动结构的影响和气固混合行为的表现。通过实验得到了内构件在几种安装方式的床内轴向颗粒浓度分布和径向上颗粒浓度分布,发现内构件增强了颗粒内循环。大小构件组合并上下交叉安装的方式对提高床密度,改善轴向和径向浓度均匀性发挥了较好作用。这对提高气固混和效率非常关键。     

提升管内气固两相双组分颗粒流动的离散颗粒硬球模型的模拟

基于离散颗粒(DPM)硬球模型,数值模拟提升管内双组分颗粒气固两相湍流流动行为。应用Vreman的亚格子尺度（SGS）模型模拟气体湍流,建立考虑不同颗粒加速度效应的两颗粒碰撞最小时间计算模型。数值模拟预测了大颗粒和小颗粒的速度和浓度分布。研究结果表明小颗粒具有高的轴向速度和脉动速度,而大颗粒具有低的轴向速度和脉动速度。在床中心区域,小颗粒轴向速度分布出现3个峰值,对于大颗粒轴向速度仅出现两个峰值。在壁面区域大颗粒和小颗粒速度均出现两个峰值。沿床径向方向呈现床中心颗粒浓度低、壁面区域颗粒浓度高的环核流动结果。随着表观气速的增大,颗粒浓度沿径向和床高分布趋于均匀。在床中心区域模拟计算轴向颗粒速度、颗粒浓度和RMS速度与文献实验结果相吻合。在提升管内气体湍流对小颗粒流动具有一定的影响,颗粒间碰撞作用对颗粒相流动的影响大于气相湍流的影响。     

二维液固循环流化床内固体颗粒浓度分布的研究

本文对立了液固两相流在弯管中的运动微分方程,提出了一种由流化床压降计算流化床中固体颗粒膨胀高度的方法,在此基础上提出了固体颗粒浓度分布的经验计算式。本文建立了一套模拟循环流化床蒸发器流动状况的二维装置,采用CCD图象采集与处理系统对不同的操作条件下惰性固体颗粒在床中的浓度分布进行测量,实验表明模型较为准确,可用于工程计算。     

一种脱油油砂颗粒流态化特性的研究

在一套直径300mm、高7000mm有机玻璃冷模实验装置上对一种脱油油砂颗粒流态化特性进行了实验研究。粒度测试结果表明该脱油油砂颗粒的粒度分布宽,细颗粒含量较多。采用FXC-Ⅱ/32型压力迅检仪测量了不同表观气速下脱油油砂颗粒沿流化床轴向平均颗粒浓度分布,采用压力梯度法测量了脱油油砂颗粒的密相床膨胀,采用容积法测量了自由空域内脱油油砂颗粒的夹带量。实验结果表明,该脱油油砂颗粒的流化性能较好;轴向平均颗粒浓度分布整体表现为下浓上稀,其中,在密相区随表观气速增加而减小,在稀相区随表观气速增加而增大;基于床高比表示的密相床膨胀随表观气速增加先增大后减小,在表观气速为0.362m·s-1时密相床最大;自由空域内的夹带量随表观气速增加而增大;建立了密相轴向平均颗粒浓度的数学模型,模型预测值与实验值吻合较好。     

二元颗粒混合物在下行床反应器中局部颗粒速度的分布

采用PV-4A光导纤维测速仪在一高2m、直径30mm的下行床反应器中较系统地测定了FCC催化剂及玻璃珠各自在6个截面8个不同径向位置局部颗粒速度的轴向及径向分布,研究了操作条件及喷口位置对该两种不同物料局部颗粒速度径向分布的影响,进而将FCC催化剂和玻璃珠两种物料分别同时进入下行床反应器中,考察了以不同混合比组成的二元组分混合物的颗粒速度径向双峰分布特点.最后,分别给出了预测FCC催化剂及玻璃珠的量纲1局部颗粒速度经验关联式.实验结果表明：物性不同的粒子其局部颗粒速度径向分布差别较大,二元组分混合物的颗粒速度径向分布较FCC催化剂单一颗粒趋于均匀,且随表观气速增加,颗粒速度分布双峰特性愈为明显,可见在下行床进入细颗粒的同时加入粗颗粒引起了气固流动机制的变化与颗粒速度分布的平滑.     

A Sedimentation-Dispersion Model for both Non-attached and Attached Particles in Three-Phase Batchwise Fluidized Beds

The axial concentration distribution of both particles with better wetting (forming non-attached system) and poorer wetting (forming attached system) was investigated in a vertical gas-liquid-solid fluidized bed of 4.2 cm in diameter and 130 cm in height with the solids holdup less than 0.05. The one-dimensional sedimentation-dispersion model could be used satisfactorily to describe the axial distribution of solids holdup by modifying only a model parameter, i.e. by means of the terminal settling velocity minus a certain value, which is a function of gas velocity and considers the effect of an additional drag force resulted from attached rising bubbles. The axial profiles of solid concentration predicted are in good agreement with experimental results. This model also explains reasonably the different axial distributions of solid concentration, i.e. the solids holdup decreases as the axial height increases in non-attached system, but increases with the axial height in attached system at a given gas veloc     

Effects of particle properties on flow structure in a 2-D circulating fluidized bed: Solids concentration distribution and flow development

The effects of particle properties (particle density, size and sphericity) on solids concentration in a 2-D riser were comprehensively investigated by measuring the axial and lateral solids concentration with an optical fiber probe. In this study, solids concentration of different types of particles shows that heavier particles have higher solids concentration laterally and axially than lighter particles; larger particles result in more compact solids distribution and such size effect is more evident at the riser bottom; more spherical particles lead to higher solids concentration. Various forces acting on particles and the change in the slip velocity between gas and particles were used to explain the effects of particle properties on solids distribution.     

不等粒径流化床的软球模拟

基于颗粒轨道模型,提出了粒径分别服从均匀分布与正态分布的软球方法,其中流体运动用Navier-Stokes方程描述,颗粒运动服从牛顿第二定理.模拟了不等粒径流化床中的气泡和节涌现象,并分别研究了表观气速、颗粒刚度系数、粒径分布不同时,固相颗粒的速度分布规律.其研究结果表明：分布板结构和表观气速对气泡行为有一定影响,随表观气速的增加,气泡形成、上升、破裂的速度加快;并且刚度系数越大,颗粒轴向速度随时间衰减越快;宽粒径分布的颗粒轴向速度大于窄粒径分布的颗粒轴向速度.     

湍动流化床过渡段固含率分布特征的实验及数值模拟

在湍动流化床中,过渡段对于包括甲醇制烯烃在内的气固催化快反应有着重要的作用。采用PV6D反射型光纤探针对内径95 mm的湍动流化床内过渡段的固含率分布和脉动参数进行了测量,分别考察了表观气速和静床高的影响,并采用修正的基于颗粒动力学的三段曳力双流体模型进行模拟。实验表明,湍动流化床过渡段中固含率的轴向分布呈现S型和指数型两种类型,固含率轴向与径向分布都在过渡段内出现最大梯度,表明过渡段中固体浓度分布比稀相段和密相段更不均匀。表观气速和静床高的变化将导致S型和指数型分布的相互转变,并且对过渡段底部与壁面附近的固体高浓度区影响最为显著。局部固含率脉动概率密度分布表明,在静床高较小时,随着气速的增大,床层下部气含率最大值位置将从中心区移动至环隙区,呈现气含率的双峰型分布。本文提出的修正三段曳力模型考虑了颗粒团聚的影响,对过渡段中分布板影响区之外的固含率分布均能较好地模拟。     

浆态床内固含率轴向分布的数值模拟

采用DBS曳力模型计算气液相间作用,分别采用Gidaspow曳力模型、经Brucato修正的Gidaspow曳力模型和Schiller?Naumann曳力模型计算液固相间作用,忽略气固间的直接作用,对比了浆态床内不同颗粒粒径体系轴向固含率的模拟和实验结果. 结果表明,不同液固相间曳力模型对气含率的预测影响不大;在颗粒粒径较大(140 ?m)的体系中,较低表观气速下气液DBS与液固Schiller?Naumann曳力模型组合模拟的固含率随床高度增加而减小,与实验结果吻合,而其它曳力模型组合的模拟结果较差,轴向分布较均匀;在颗粒粒径较小(35 ?m)的体系中,几种曳力模型组合的模拟结果均与实验结果吻合较好,轴向分布较均匀.     

Solids mixing in a fluidized bed riser

The solids mixing in a riser with a height of 10 m and 0.186 m inner diameter was investigated by using pneumatic phosphor tracer technique. Considering the shielding effect of the bed material on the light emitted from the phosphor tracer particle, a modified method for the phosphor tracer measurement is proposed. And then the curves of particle residence time distribution were obtained. The experimental results show that the particle diffusion mechanism can be explained by the dispersions of dispersed particles and particle clusters in the axial direction, and as well the core-annulus nonuniform distribution of the solids fraction in the radial direction of the riser. Moreover, based on the experimental results, a two-dimensional dispersion model was established to predict the solids axial and radial diffusion. Furthermore, the effects of superficial gas velocity and solids circulating flux on the axial and radial Peclet number of the particles were discussed; two empirical correlation formulas about the axial and the radial Peclet numbers were given; the calculated values agree well with the experimental results.     

新型催化裂解快速流化床内颗粒浓度分布实验研究

催化裂解反应器是石油深度加工的重要反应器,采用实验方法对新型快速床催化裂解反应器内气固两相流动特性进行了研究,测量了床层内颗粒浓度分布,考察了气体流量对床层轴向和径向上颗粒浓度分布的影响。实验结果表明,床层轴向上颗粒浓度呈现下部稠密上部稀疏的分布规律;当气体流量较低时轴向颗粒浓度呈S形分布,高气量下呈现指数函数形分布,即反应器上部区域的颗粒浓度分布影响较小;床层径向颗粒浓度分布呈现中心稀、边壁浓的特征,且增大空气流量,径向分布趋于均匀。在一定操作条件下,与传统提升管相比,新型快速床颗粒浓度显著提高。     

带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构中的流动特性

在一套大型冷模实验装置上,采用光纤测量系统考察了带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构内固含率和颗粒速度的分布,以径向不均匀指数对固含率和颗粒速度径向分布进行定量描述,并与不同的预提升结构进行对比. 结果表明,带中心管的预提升结构沿轴向可分为底部、中心管和提升管区,各区固含率和颗粒速度径向分布均匀程度为提升管区>底部区>中心管区;提升管区内1.3~2.3 m间存在一固含率和颗粒速度分布均匀截面;与无中心管的预提升结构和传统预提升结构相比,本实验结构固含率径向分布更均匀,有利于油剂接触;确定了截面平均固含率的影响参数为终端固含率es', Froude数Fr和轴向高度/提升管直径h/Dr;由实验数据回归出预提升结构内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

Surface-to-suspension heat transfer model in lean gas–solid freeboard flow

Heat transfer in dense fluidized beds have been extensively studied. However, there is not much detailed information about the mechanism of surface-to-suspension heat transfer in the freeboard region. In the present work, a newly designed heating plate was used to measure the plate-surface-to-particle-suspension heat transfer coefficients in the freeboard.The experimental unit consisted of a 30 cm i.d. fluidized bed reactor packed with fluidized catalytic particles of mean particle size 90 μm. Three types of plate orientations were used to test directional effects of surface on heat transfer rate. Height of the freeboard was 171 cm, and the superficial gas velocity was varied from 0.28 to 0.64 m/s. Local solids concentrations in the freeboard were also obtained by a nozzle-type sampling probe. Data on axial distribution of solids concentration were used to find out the solids kinematics in the freeboard region. Finally, a surface-to-suspension heat transfer model was developed to elucidate the surface to particle heat transfer mechanism in this lean phase system.The model is based on the transient gas-convective heating of single particles when sliding over the heating plate and the assumption of instantaneous attachment–detachment equilibrium between particles and the plate surface.     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,结合提升管与流化床的特点,建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.