泰勒流反应器的流动及反应特性

利用由静态混合器、喷嘴和分气盒组成的新型布气装置在搅拌釜式反应器中诱导生成泰勒流,对反应器流动特性及反应特性进行了实验研究。结果表明,与常规搅拌釜式反应器相比,泰勒流反应器内物料流动更加接近于平推流流型,泰勒流的生成在反应器内构建出局部平推流区域,降低了物料返混程度。反应器反应性能因流动特性改变而得以增强,相同实验条件下,在泰勒流反应器中进行的蔗糖水解反应转化率比在常规搅拌釜式反应器中高出26.7%。在一定操作范围内,局部平推流区域和反应转化率均随搅拌转速或进气量的增加而增大。泰勒流反应器可简化为平推流区和全混流区并联的流动模型,推导出了反应转化率与平推流区域占反应器总体积比率之间的关联关系。     

泰勒反应器中流体流动及停留时间分布研究

以水为介质对泰勒反应器中的流动状况和停留时间及其分布(RTD)进行了研究,并应用计算流体力学(CFD)技术对反应器进行了流场模拟和RTD计算。结果表明,在实验范围内,泰勒反应器中停留时间分布受内筒转速、轴向流动速率等因素影响,基于流体力学计算结果与实验结果基本相当。     

泰勒反应器中流体的停留时间分布研究

采用脉冲示踪法,实验考察了泰勒反应器结构参数、操作参数和物料粘度对其停留时间分布的影响规律,发现泰勒反应器中物料的混合程度随泰勒数(Ta)的增大而增大、轴向雷诺数(Reax)的增大而减弱.进一步采用多级混合模型,将泰勒反应器的当量全混釜数(N)与反应器结构参数、泰勒数和轴向雷诺数相关联,提出了一个N的测算公式.在实验考察的范围(Ta=280～3 230; Reax=0.89～6.78)内,由该式计算的N值与实验值很好地相符,具有广泛的适用性.     

结构化多相反应器内泰勒流的液侧传质特性

采用定态溶氧法,实验测定了结构化反应器内的液侧体积传质系数.考察了表观气、液速度对液侧体积传质系数的影响,比较了三种不同孔密度的结构化载体(50、100和400 cpsi)内的液侧体积传质系数.结果表明,在实验的操作条件下,床层内的液侧体积传质系数随液体表观速度增大而增大:同-液速下,随气体表观速度增大亦增大.比较不同...     

泰勒—库特反应器流场演变的CFD研究

本文建立了泰勒—库特反应器流场的CFD模型,模拟研究了反应器内筒不同转速下,环隙流场结构的演变。结果显示,当转速为0.274 rad/s,环隙流场为库特泊肃叶流;当转速从0.315 rad/s升高至0.684 rad/s时,环隙流场从层流泰勒涡流转变为波流泰勒涡流。本文研究为泰勒—库特反应器在不同领域的应用奠定了流体力学基础。     

泰勒反应器中瞬态波状涡流场的CFD数值模拟

泰勒反应器中的波状涡流因存在周向波和涡间传质而受到广泛关注。本文针对泰勒反应器（半径比为0.83,纵横比为46.07）中的波状涡流进行了数值模拟研究,采用计算流体力学（CFD）软件研究了无轴向流动和有轴向流动时的两种流场。结果表明,数值模拟与文献中的PIV实验结果具有较好的一致性。在波状涡流场中,周向波动的存在消除了涡的轴对称性,导致涡随周向位置的周期性变化,包括涡的形状、位置以及涡量等,这也引起了速度的瞬态行为。轴流的引入降低了涡的周期性变化程度,改变了速度的瞬时特性,也稳定了流场。同时还发现轴向流动也影响着切向速度随时间的变化,切向速度随漩涡通过频率及其高次谐波而振荡。     

浸没循环撞击流反应器中的微观混合

Micromixing in the submerged circulative impinging stream reactor (SCISR) developed by the authors is investigated with the Bourne's reaction scheme. The values measured for the impinging velocity, u0, under the conditions of SCISR normal operation, only is of the order of 0.1m·s-1, are much slower than that inferred, suggesting low power requirement for operation. The values of the characteristic time constant for micromixing, tM, determined in the impinging velocity range of 0.184m·s-1 相似文献   

污泥分级分相厌氧反应器水力特性研究

污泥厌氧生物反应器的结构决定了反应器的流态,从而影响着可能达到的污泥处理效率.为了提高石化水厂剩余污泥的厌氧消化效率,对一种新型的污泥分级分相厌氧反应器的结构进行了优化设计.采用停留时间分布RTD(residence time distribution)的方法研究了反应器的降流区、升流区面积之比、溢流板高度和水力停留时间等参数和反应器水力特性之间的关系.结果表明,分级分相反应器的死区较小(7.51%),远低于传统单级厌氧生物反应器(50%~93%);该反应器流态处于平推流和完全混合之间;降流区、升流区面积之比最佳值为1:2,溢流板高度为450 mm时死区最小;在平均污泥浓度为25 gVSS?L?1的条件下,最佳水力停留时间为24 h.     

管式振荡流反应器的流动模式研究(Ⅰ)PIV和RTD实验研究

采用粒子成像可视化（PIV）技术研究了管式振荡流反应器（OFR）内的流场形态和混合特点,并采用脉冲进样法测定了OFR在不同振荡条件下的停留时间分布函数。实验结果表明,OFR的混合特性十分复杂,并随振荡强度的变化呈现出不同的特征。振荡强度较低时,振荡使得OFR径向混合加强,减少了滞留区,流体的流动趋于平推流;振荡强度较高时,腔室内布满数目、尺寸和位置不断变化的漩涡,使每个腔室趋向于全混,腔室问的返混增大。实验数据与多级串联全混釜模型的比较结果显示,OFR的混合特性远非简单流动模式模型所能表征。     

化学反应器中微观混合模型研究进展

详细介绍了微观混合模型的发展历程,指出经验模型的缺陷和机理模型的合理性,并就目前这些模型的实际应用进行了总结,提出了关于微观混合研究领域的见解,为从事微观混合研究的学者们提供重要参考。     

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。     

Modelling a catalytic membrane reactor with plug flow pattern and a hypothetical equilibrium gas-phase reaction with Δn ≠ 0

The scope of this paper is to present a theoretical study of a catalytic polymeric dense membrane reactor (CPDMR) assuming isothermal conditions, plug flow pattern without pressure drop in both retentate and permeate sides, shell side feed and cocurrent operation. The conversion enhancement over the thermodynamic equilibrium value is studied for a gas-phase reaction of the type aAbB, considering two different stoichiometric ratios: Δn > 0 and Δn < 0, where Δn = b − a. For each of these cases, the influence of the relative sorption and diffusivity of the reaction species is studied. It is concluded that the conversion of a reversible reaction can be significantly enhanced when the diffusivity of the reaction products is higher than that of the reactants and/or the sorption is lower. It is also concluded that, even for equal sorption and diffusion coefficients, the conversion could also be improved for reactions with Δn ≠ 0. The extension of this enhancement depends on the reaction stoichiometry, the overall concentration inside the membrane, the Thiele modulus, and the contact time.     

T型反应器内流动、混合及界面反应特征

利用平面激光诱导荧光（PLIF）技术和酚酞显色反应,对不同Reynolds数（20<Re<420）下T型反应器内的复杂流动结构及界面反应进行了可视化研究。随着入口Re的增加,反应器内依次出现分离流、稳态吞噬流、非稳态吞噬流及非稳态对称流等流动模式。重点考察了不同流动模式下T型反应器内的界面反应特征,结合流动模式对混合效果、产物浓度分布及时间演化进行了分析,揭示了反应器内复杂流场对混合及界面反应的影响机理。结果表明,吞噬流三维旋涡结构使流体相互卷吸缠绕,通过折叠拉伸形成层状的流体界面,极大增加了反应物的界面接触面积,混合及反应程度显著提升,产物浓度较高且分布均匀。     

一种连续流反应器内射流耦合搅拌流的混合特性

连续式搅拌反应器采用连续化工艺,可以保证生产过程的连续性,相较于传统反应器而言,连续式反应器内流场更复杂,进料口射流对于流场的影响较为明显。对传统的双层搅拌桨结构的微波反应釜进行连续化改造,基于计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法对不同射流方案下反应器内醇油混合液的流动及混合特性进行了数值模拟,得到反应器内混合液的流动特性和混合时间特征。结果表明：射流通过直接影响射流区的流场和改变反应器内的循环涡流位置间接影响全局流动;射流方向对于反应器内流型影响更大,逆时针射流时反应器内的速度梯度大,流体之间的剪切作用更强,混合性能最佳,相较于传统的间歇式搅拌反应器,混合时间缩短了33%。     

装填不同填料的管式反应器的微观混合性能

采用碘化物-碘酸盐平行竞争反应为工作体系,以离集指数（X_S）表征微观混合性能,实验考察了Reynolds数Re、物料体积流量比对装填扁环填料和网架填料的管式反应器的微观混合性能的影响及离集指数在管式反应器轴向、径向的分布。结果表明,X_S随着Re的增大而下降,而物料体积流量比的增加会导致X_S增加,相同条件下网架填料的X_S小于扁环填料,离集指数在轴向上呈现先明显降低后基本不变的趋势。在实验研究的基础上,利用团聚模型计算装填网架填料的管式反应器的微观混合时间（t_m）为4.82~2.27 ms。与扁环填料对比,网架填料最小值（2.27 ms）低于扁环填料的最小值（2.73 ms）,同时二者均小于空管的最小值（3.79 ms）,表明装填填料可以改善管式反应器的微观混合性能,网架填料的微观混合性能略优于扁环填料。     

撞击流反应器内涡特性研究进展

撞击流技术具有良好的混合效果,广泛应用于能源、环保、化工等工程领域。由于撞击流反应器流场内存在大量无序的湍流涡结构,使其具有良好的混合效果。本文基于撞击流的混合原理,详细叙述了撞击流反应器内不同混合尺度下的混合过程以及涡的演变对混合的影响。结合实验和数值模拟等研究结果,阐述了不同类型撞击流反应器和撞击流反应器多相流场涡特性,归纳了撞击流反应器流场涡的特点。论述了撞击流反应器涡的产生和脱落机理。着重对圆柱射流、平板射流和撞击流流场内涡特性的本征正交分解（POD）分析进行总结,利用流场能量的角度揭示涡演化和消散规律。最后,对开发新型撞击流反应器、优化分析方法等研究前景进行展望。     

Liquid‐phase axial dispersion of turbulent gas–liquid co‐current flow through screen‐type static mixers

This article discusses the characteristics of turbulent gas–liquid flow through tubular reactors/contactors equipped with screen‐type static mixers from a macromixing perspective. The effect of changing the reactor configuration, and the operating conditions, were investigated by using four different screen geometries of varying mesh numbers. Residence time distribution experiments were conducted in the turbulent regime (4500 < Re < 29,000). Using a deconvolution technique, the RTD function was extracted to quantify the axial/longitudinal liquid‐phase dispersion coefficient. The findings highlight that axial dispersion increases with an increasing flow rate and/or gas‐phase volume fraction. However, regardless of the number and geometry of the mixing elements, reactor configuration, and/or operating conditions, the recorded liquid‐phase axial dispersion coefficients in the presence of screens was lower than that for an empty pipe. Furthermore, the geometry of the screen was found to directly affect the axial dispersion coefficient in the reactor. © 2016 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 1390–1403, 2017