气升式环流反应器的研究进展

环流反应器在工业上正得到越来越广泛的应用,对其进行深入研究对于此类反应器的设计与放大具有重要意义。对环流反应器的流动、混合及传质特性参数随表观气速、液相物性、系统压力和反应器尺寸等操作条件的变化关系进行了综述。介绍了各特性参数的测量方法,并指出了这些方法的优缺点及可能存在的误差。对环流反应器的流动、混合及传质特性的数学模型进行了评述,并在此基础上对环流反应器研究的发展前景进行了展望。     

气升式环流反应器的研究进展

就气升式环流反应器的类别、操作条件和几何结构对环流反应器内两相流体力学行为的影响规律进行了评述。根据环流反应器的流体力学特性和传质特性指出了环流反应器的应用领域及要求。列举了环流反应器在工业上的应用实例。     

气升式振荡环流反应器的数值模拟和结构优化

气升式振荡环流反应器（ARLR）作为一种新型的气升式环流反应器,能够有效地提高反应器的气含率和传质系数,并已得到生物发酵实验的验证。本文通过CFD的手段研究了反应器内的流动和传质状况,并利用CFD模拟和响应面分析相结合的方法,优化了反应器的结构参数,如高径比（H/D）、升液区降液区面积之比、导流筒高度等。经过实验测量,优化后的气升式振荡环流反应器与传统的气升式环流反应器相比,气含率提高了32%以上,传质系数提高了11%以上。结果表明,气升式振荡环流反应器作为生化反应器有着非常广阔的应用空间。     

3-羟基丁醛液相氧化反应中环流反应器的设计及其参数估算

液体循环速度是环流反应器的主要特征参数之一，本文设计并加工了环流反应器。为了实现工业放大，对设计的环流反应器，通过对整个反应器的能量衡算，提出了液体循环速度的估算公式，采用该估算公式对本实验条件下的循环速度进行了估算。并与Provic等由实验结果回归的经验估算公式的估算值进行了比较，结果表明二者的估算值非常接近。     

新型多级环流反应器流体力学研究

在传统的单级内环流反应器的基础上,对导流筒进行了改进,发展了一种新型多级环流反应器。研究了表观气速、开孔率、反应器底部结构等操作参数对整体平均气含率、局部气含率以及各级环流液速等流体力学行为的影响,从而确定了反应器的最佳结构。文中提出的新型多级环流反应器在石油化工、生物化工和环境工程等多个领域有广泛的应用前景。     

大型加压环流反应器的冷模试验

环流反应器结构简单,优点多,因而近年来应用广泛。为了将环流反应器引入煤炭液化领域,建立了大型环流反应器冷模试验装置。进行了氮气-水体系的冷模运转试验,考察了表观气速、压力和表面张力对环流反应器中气含率的影响。在此基础上,对鼓泡状态和环流状态下的气含率进行了比较,并考察了环流反应器的操作弹性,得出了有重要意义的结论。     

超声波气升式内环流反应器合成乙酸苄酯

以乙酸、苯甲醇为原料,浓硫酸为催化剂,在常温下用超声合成乙酸苄酯。实验考察有无超声、超声声强、不同通气量、不同气体性质及不同反应器等参数对催化合成乙酸苄酯的影响。实验结果表明:在超声频率为10 kHz条件下,超声声强为1.0 W/cm2,反应体系中空气流速为0.3 L/m in时,合成乙酸苄酯的酯化率最佳,酯化率达到65.8%。实验中采用的超声波气升式内环流反应器较普通的气升式内环流反应器具有较好的优越性,合成方法反应条件温和,操作简单且反应速度很快。     

下喷式环流反应器研究进展

下喷式环流反应器在工业上的应用越来越广泛,深入研究下喷式环流反应器的设计、应用以及工业放大意义重大。概述了下喷式环流反应器的研究现状及最新进展。分析了下喷式环流反应器特性参数气含率、传质系数、循环液速和混合时间的影响因素,对反应器结构、流体特性和操作参数等因素的影响规律进行了归纳,提出了目前研究领域存在的问题,并进行了展望。     

内溢流式工业环流反应器的流体力学和传递性能

对具有溢流窗及二次气体分布器的工业生产用 ４０ ｍ ３ 内溢流式工业环流反应器的流体力学和传递性能作了研究,据此得到了表观气速、装液量和二次气体分布器对反应器的主要设计参数：气含率、循环液速、传氧系数等性质的影响,并给出了各性质的关联式。同时建立了描述混合特性的模型。经生产实践检验可用于设计放大。     

反应器类型对流动影响的数值模拟

在油-氢气体系中使用欧拉-欧拉双流体模型考察了温度703.15 K和压力11 MPa下气升式环流反应器和鼓泡床反应器对气液两相流动的影响. 结果表明,环流反应器中气含率和轴向液速沿导流筒径向存在突增现象,环流反应器中气含率在径向0~0.5和0.75~1时明显大于鼓泡床反应器,在径向0.5~0.75处前者的平均气含率比后者高约6%;环流反应器中上升管内环流液速明显大于鼓泡床反应器,且在下降区有所增强,环流反应器平均轴向液速比鼓泡床反应器高约21%;反应器尺寸较小时环流反应器和鼓泡床反应器的流动特性相差不大,反应器体积放大过程中前者的流动特性优于后者的趋势逐渐明显.     

高长径比三相内环流反应器中相含率的分布研究

在长径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,根据无因次准数建立了气含率、固含率的预测模型,考察了在不同粒径下上升区气含率、下降区气含率和上升区固含率、下降区固含率随表观气速的变化规律和不同固体体积分数下轴向固含率的分布情况。结果表明：不同粒径下上升区和下降区气含率均随表观气速的增大而增大;当粒径（ds）≤0．3mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加,当0．3mm〈d。≤1．2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势,下降区固含率随表观气速的增加而下降;不同固体体积分数下的固体颗粒的固含率随着轴向高度的增大而变化平缓,能够均匀的分布在反应器中;气含率和固含率的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6．32％、4．56％。     

高长径比三相内环流反应器中细颗粒相含率和循环液速的分布研究

在高径比为22的三相内环流反应器中,在常温常压下以空气-水-石英砂为物系,研究了在不同粒径下上升区固含率、下降区固含率和上升区循环液速随表观气速的变化规律和不同粒径下轴向固含率的分布情况,以及在固体体积分数不同的条件下,平均气含率和上升区气含率随表观气速的变化情况。结果表明:当粒径(ds)≤0.3 mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓变化趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加;当0.3 mm相似文献   

三相环流反应器中的局部相含率

将压差法与气-液相间滑移速度相结合,提出了利用压差法测量三相区局部相含率的新方法,将测得的局部固含率进行轴向平均并与由颗粒装填量计算所得的固含率进行比较,证明了此方法的可靠性. 利用所提出的测量方法,考察了三相环流反应器中气含率和固含率随操作条件的变化规律. 结果表明,气含率随表观气速的升高而增大,且随轴向位置的升高而增大;大颗粒具有破碎气泡的作用,能够增大反应器内的气含率;固含率随表观气速的增加而降低,且沿轴向变化较大. 表观气速较高时,固含率沿轴向近似呈S形分布.     

三相气升式环流反应器内上升区相含率轴向分布与循环液速的研究

常温常压下,在三相气升式内环流反应器中,将硅铝球、石英砂和瓷球分别与空气、水组成三相物系,考察了细颗粒与大颗粒物系中上升区相含率轴向分布规律、固体装载率和颗粒粒径对该规律的影响,以及各物系中上升区循环液速随表观气速的变化规律。结果表明:随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区固含率εsr先增大后减小;硅铝球物系中εsr减小;石英砂物系中εsr均匀分布。随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区气含率εgr增大;硅铝球物系中εgr减小;石英砂物系中εgr先增大后减小。固定表观气速,各轴向位置处的上升区气含率随固体装载率、颗粒粒径的增大而增大。当固体装载率相同时,各物系中上升区循环液速随表观气速的增大而增大。     

大颗粒三相环隙气升式环流反应器流体力学行为

研究了大颗粒体系气升式环流反应器的流体力学行为,考察了表观气速和颗粒质量分数对床层膨胀高度、循环液速和固含率分布的影响。实验结果表明,按颗粒的运动状态不同可以将反应器内的流动分为3个区域,即固定床区域、膨胀床区域和循环床区域,各流动区域内的流动行为存在显著差异。随着颗粒质量浓度的增大,起始流化气速和最小循环气速均显著增大。基于三相流化床的流化模型和环流反应器的特点建立了相应的数学模型,对大颗粒三相气升式环流反应器的起始流化气速和最小循环气速进行了预测,模型预测值与实验测量值吻合良好。     

底部间隙对多室环流反应器流动特性的影响

在空气-水-石英砂三相多室气升式环流反应器(MALR)中,调节底部转角连接处间隙高度分别为18,28,38mm,在表观气速1.2～4.2cm/s范围内,实验研究了底部阻力系数、相含率、循环液速随反应器底部间隙的变化规律。结果表明,随着底部间隙的增大,底部转角处的局部阻力系数减小,循环液速增大,流体夹带进入下降室的气泡和固体颗粒均增多,下降室的气含率和固含率均增大。     

高长径比环流反应器中气、固含率的轴向分布研究

在高长径比(H/D=22.2)内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,研究了表观气速和固体装载量对平均气含率、下降区气含率、上升区固含率、下降区固含率的影响,以及上升区气含率、固含率随轴向高度的分布规律.结果表明:平均气含率、下降区气含率随着表观气速的增加而增加,随ω(固体)增大而下降,ω(固体)≤2.6...     

Influences of top clearance and liquid throughput on the performances of an external loop airlift slurry reactor integrated mixing and separation

A new developed external loop airlift slurry reactor, which was integrated with gas–liquid–solid three-phase mixing, mass transfer, and liquid–solid separation simultaneously, was deemed to be a promising slurry reactor due to its prominent advantages such as achieving continuous separation of clear liquid from slurry and cyclic utilization of solid particles without any extra energy, energy-saving, and intrinsic safety design. The principal operating parameters, including gas separator volume, handling capacity, and superficial gas velocity, are systematically investigated here to promote the capabilities of mixing, mass transfer, and yield in the pilot external loop airlift slurry reactor. The influences of top clearance and throughput of the clear liquid on flow regime and gas holdup in the riser, liquid circulating velocity, and volumetric mass transfer coefficient with a typical high solid holdup and free of particles are examined experimentally. It was found that increasing the gas separator volume could promote the liquid circulating velocity by about 14.0% at most. Increasing the handling capacity of the clear liquid from 0.9 m~3·h~(-1) to 3.0 m~3·h~(-1) not only could increase the output without any adverse consequences, but also could enhance the liquid circulating velocity as much as 97.3%. Typical operating conditions investigated here can provide some necessary data and guidelines for this new external loop airlift slurry reactor to upgrade its performances.     

强制液体外循环气升式内环流反应器的流体力学特性

在有机玻璃制成的主体反应器(φ0.286 m×3.0 m)内,采用空气-水的气液两相体系考察了不同表观气速下带有中心下料管和环管式气体分布器的环流反应器内局部气含率和内环气泡上升速度的流体力学特性。结果表明：气含率均随表观气速的增大而增大;从外环流入内环的气泡数量比较少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率;新型气体分布器的采用和液体外循环的引入可以增大床层气含率并使其分布趋于均匀,从而增大了内环中气液两相的接触面积和湍动强度,使传递过程得到强化。在此基础上采用商业软件ANSYS CFX10.0对该反应器进行了数值模拟研究,模拟结果与实验数据基本吻合,说明了基于实验验证的Euler-Euler法可以用于该反应器开发和放大研究。     

三相多室气升式环流反应器中上升室气含率研究

在一个4流道的多室气升式环流反应器中,以空气-水-K树脂为体系,考察了上升室气体表观速率和固体装载量对上升室气含率的影响。结果表明:上升室的气含率随着该室气体表观速率增加而增加,而随着另一上升室气体表观速率增加而略有降低;上升室的气含率均随固体装载量增加而降低。在鼓泡流下,根据漂流通量模型,建立了上升室的气含率模型;上升室气含率的模型计算值和试验值的平均相对误差为6.429%。