新型气升式内环流反应器气含率的研究

研究了新开发的方型气升式内环流反应器的气含率。在同等可比条件下，将其与普通同心圆型气升式内环流反应器及方型、圆型鼓泡塔的气含率作了比较，对实验结果进行了关联。实验结果表明，新型气升式反应器的气含率均高于其它相应比较的圆型气升式反应器及鼓泡塔。     

采用群体平衡模型模拟多段环流反应器内的气-液两相流动

采用RNG k ε湍流模型、欧拉 欧拉双流体模型和群体平衡模型(Population balance model, PBM),对一种中心气升式多段环流反应器的内部流场进行了数值模拟,并对反应器内导流筒分段位置进行了对比研究。结果表明,与均一粒径方法相比,采用PBM模型得到的气含率、循环液速和气泡粒径的分布规律与实验值吻合较好,可以更加准确地模拟环流反应器的流场及气泡运动规律;多段环流反应器分段位置的调整可以有效解决局部横向混合不均等问题,将分段位置下移可以提高下降区循环液速,减小气泡平均粒径,从而提高气 液分布及传质效果。     

鼓泡床流体力学特性研究

在直径45 mm的鼓泡床冷态装置中,以煤油作为液相,氮气作为气相,研究了气含率、气泡平均粒径、两相相间滑动速度的变化规律。结果表明:反应器内流体的流动处于气泡聚并控制区,气含率随着两相流速的增加而增加;气泡平均粒径随着气相表观流速的增加而增加,随着液相表观流速的增加而降低。实验发现,在相同的条件下,与较小直径反应器相比,随着反应器直径的增大,气泡聚并作用增强,气含率下降,气泡粒径增大。     

2种重油悬浮床加氢反应器流体力学特性的比较

以重油悬浮床加氢常用的鼓泡床和环流反应器为研究对象,选用欧拉两相流模型和RNG k ε 湍流模型对其在重油 氢气实际操作体系和工况下进行计算流体力学(CFD)模拟,考察不同表观气速下(001~01 m/s)2种反应器内整体气含率、气含率和液速径向分布的异同。结果表明,2种反应器内均形成了液相循环流动,但环流反应器的流动特性优于鼓泡床反应器,因此在模拟工况下环流反应器更适合重油悬浮床加氢工艺。     

鼓泡床与环流反应器流动特性的比较

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNGk-ε湍流模型对重油悬浮床加氢反应器流动特性进行数值模拟,分别模拟了一种鼓泡床反应器和两种不同导流筒直径的环流反应器,考察了重油-氢气实际体系在不同反应器内气含率和轴向液速的异同。结果表明,悬浮床反应器在操作条件下均形成液相循环流动;导流筒能够规整环流反应器内的流动,增大上升区和下降区的流速,增强混合,同时提高下降区的气含率,从而提高反应器内的整体气含率。通过比较说明,在使用喷嘴进料时,悬浮床加氢工艺选择环流反应器时流动特性更佳。     

不同进料形式鼓泡床反应器流动特性的模拟研究

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNG k-ε湍流模型对不同进料形式鼓泡床反应器进行了三维全尺寸模拟,分析并比较了采用不同形式进料的反应器内气含率和轴向液速的异同。结果表明：不同进料形式的鼓泡床反应器内均形成了循环流动;文丘里喷嘴和多喷嘴的性能优于单喷嘴;环管分布器和排管分布器能提供均匀的气含率分布和大尺度的液相循环流动,性能优于3种喷嘴进料形式。     

浆态床外环流反应器的流体力学特性

研究了浆态床外环流反应器内的局部流体力学特性,获得了局部气含率、气泡Sauter平均直径和气泡上升速度的轴向剖面。实验数据表明,气泡直径和上升速度收到固含率的影响,固含率的增加能够强化气泡的聚并。通过局部气含率、气泡直径和实验体系的物性等数据,建立了一个能够计算相间滑动速度的关联式,该关联式能够用于计算气泡群的局部曳力系数。     

气升式外环流反应器的传质特性

以Hogbie的渗透理论和Kolmogoroff的湍流理论为基础，提出了计算液体表面微元在气-液相界面暴露时间的方法，并建立了预测液相体积传质系数的模型方程。对于水-空气体系，测定了上升管内气泡分布以及不同管径比的外环流反应器中，液相体积传质系数、循环液速和气含率随表观气速的变化规律，并对液相体积传质系数的预测值和实验值进行了比较。     

CFD-PBE simulation of gas-phase hydrodynamics in a gas-liquid-solid combined loop reactor

The computational fluid dynamics(CFD)-population balance equations(PBE) coupled model is employed to investigate the hydrodynamics in a gas-slurry internal loop reactor with external slurry circulation.The predicted radial profiles of local gas holdup and bubble diameter are in good agreement with the corresponding experimental data.The spatio-temporal velocity profile of the gas phase reveals that the upward movement of gas is slowed down and the residence time of gas is prolonged by the downward momentum of the slurry.Introduction of the external slurry can greatly improve the uniformity of gas holdup distribution in the reactor,especially in the downcomer-tube action region.Moreover,the interaction between the downward slurry and upward gas can lead to small bubble size and high interfacial area as well as good mass and heat transfer.The above results suggest the function of external slurry circulation for the internal loop reactor and would be helpful for optimizing the design and scale up of reactors.     

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。     

喷管分布器大型浆态鼓泡床反应器气含率的研究

采用内径0 284m、高3m的浆态鼓泡反应器,研究液体流速、分布器形式、高径比、固体质量分数及颗粒粒径大小等因素对反应器内气含率及气泡大小的影响规律。实验结果表明,气含率随体系内固相浓度增加和颗粒粒径的增大而减小,大气泡含率随表观气速、固相浓度增加和颗粒粒径增大而增大,液体逆流、静液高度及分布器形式对气含率无影响。并得出气含率的关联式。     

浆态床渣油临氢热裂化反应器流体力学性能数值模拟比较

针对50 kt/a渣油临氢热裂化中型反应器,应用欧拉-欧拉模型,运用CFD模拟方法,对比了浆态床的普通鼓泡反应器、强制外循环反应器、内环流反应器和外环流反应器的流体力学性能,得到了这4种反应器内气浆两相流体的流体力学规律。通过对比4种反应器内气浆两相流体的表观速度、流动方向和体积分数分布等流场信息,初步确定强制外循环反应器和外环流反应器更适合渣油临氢热裂化反应的反应器形式。     

液相氧化脱除H_2S过程中铁离子溶液的生物法再生

以沸石为填料用吸附法固定氧化亚铁硫杆菌,建立了固定化生物反应器,对铁离子溶液进行再生,考察了空气流量和循环液喷淋量对Fe2+氧化率的影响。实验结果表明,在空气流量0.50m3/h、循环液喷淋量1.0L/h、初始pH1.6、温度30℃、初始Fe2+质量浓度8.25g/L的条件下,14h后Fe2+的氧化率可达95.18%,Fe2+的平均氧化速率为0.56g/(L.h)。利用再生的铁离子溶液在化学反应器中进行脱除H2S的实验。实验结果表明,当入口气体中H2S质量浓度为4.0g/m3时,运行250h后,脱硫效率从开始时的99.81%降为98.01%,出口气体中H2S质量浓度从7.80mg/m3增加到82.00mg/m3。为保持脱硫效率的稳定,需定期向铁溶液中补加Fe2+以维持铁离子溶液中Fe2+含量的基本稳定。     

鼓泡塔内气液两相流的研究

用激光多普勒测速仪和粒子成象测速仪详细测量了气液鼓泡塔内气液并流和气液逆流时的流速分布、湍流度分布和气含率分布,并总结出了湍流度、气含率径向分布关联式。在气含率关联式中,首次考虑了塔高的影响。气泡的存在增强了液相湍动。气液并流时,在升力作用下气泡集聚在塔中心区。气液逆流时,气泡集聚在塔壁面附近。中心速度较大且随着表观气速的增大而增大。塔壁附近出现返混区,零轴向速度和最大湍流度均发生在相对半径ｒ／ Ｒ≈０－７ 左右。     

浆态床醇醚燃料合成技术及反应器数学模型

二甲醚是良好的车用及民用清洁燃料,浆态床醇醚燃料技术已成为各国竞相研究开发的技术。综述了浆态床合成气制二甲醚工艺中的几种催化剂、反应动力学、气泡特征参数、气液传质系数及反应器模型等方面的研究进展。浆态床二甲醚合成工艺尚处于研究开发阶段,但将是二甲醚生产工艺的发展方向。亟待解决的问题主要有开发与液相介质相匹配的商业化新型浆态催化剂、固液分离技术及催化剂的循环再生工艺。     

采用氙气的鼓泡床流体力学特性研究

Xenon was used as gas phase to investigate the hydrodynamic characteristics in a bubble column. It was found that the flow pattern is mainly in the churn-turbulent flow regime by analysing the relationship between the slip velocity and gas holdup. The influences of operating conditions on the gas holdup and Sauter mean diameter were studied. The experimental results show that the Sauter mean diameter decreases with the increase of energy dissipation rate. A new correlation was developed to predict the Sauter mean diameter with an average error less 15%.     

加压大型鼓泡床反应器中气泡上升速率的研究

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气泡上升速率。在液体粘度(1 43～3 54)×10-3Pa·s、液体表面张力(49 9～70 0)×10-3N/m、系统压力0 1～1 6MPa、表观气速0 06～0 28m/s范围内,考察了表面张力、粘度、压力、表观气速对大小气泡上升速率的影响。结果表明,大气泡上升速率随表观气速的上升而上升,而小气泡速率受表观气速的影响非常小。     

气相密度对鼓泡床流体力学规律的影响

Two kinds of gases were used to investigate the influence of gas density on the hydrodynamic characteristics ina bubble column. It can be found out that higher gas density leads to smaller bubble diameter and the flow patterns are differentfor the both gases. Energy balance mechanisms are analyzed by considering the gas density difference. Models weredeveloped to predict the average bubble diameter with good accuracy.     

Structure optimization of gas-liquid combined loop reactor using a CFD-PBE coupled model

Flow characteristics, such as flow pattern, gas holdup, and bubble size distribution, in an internal loop reactor with external liquid circulation, are simulated to investigate the influence of reactor internals by using the computational fluid dynamics (CFD)-population balance equations (PBE) coupled model. Numerical results reveal that introducing a downcomer tube and a draft tube can help to improve the mass and heat transfer of the reactor through enhanced liquid circulation, increased gas holdup and reduced bubble diameter. The hydrodynamic behavior in the internal loop reactor with external liquid circulation can be managed effectively by adjusting the diameter and axial position of the draft tube.     

鼓泡塔中甲烷水合物生成现象的观测

观测了在透明鼓泡塔中运动气泡表面水合物的生成和带有水合物壳层的气泡在上升过程中表面颜色和大小的变化。结果表明，反应液体在循环和不循环的情况下，水合物在鼓泡塔内生成、存在的位置不同。通过对实验现象的观测、对气泡与水合物颗粒相互作用的分析和对甲烷溶解度与水合物中甲烷分率的对比，得出气泡表面水合物的生成是一种界面反应现象的结论，为水合物生成动力学模型的建立和水合物分离技术的工业化提供了参考依据。