鼓泡床反应器流动特性的CFD研究进展

从计算模型和影响因素2个方面系统综述了鼓泡床反应器内气液两相流CFD的研究进展。介绍了与模型建立相关的多相流模型、湍流模型、相间作用力和气泡尺寸模型的选择和适用情况。总结了表观气速、液相性质、反应器尺寸、分布器和内构件等对反应器流动特性的影响。最后指出了目前存在的不足,并对其发展进行了展望。     

煤直接液化鼓泡床反应器流场流动特性及强化机制

针对大型鼓泡床反应器存在返混增强、物料流场分布不匀匀性趋强以及传质效率低等影响反应器安全稳定高效运行的突出问题,开发了一种径向展开的新型阻尼分布器,在冷模试验平台上探索阻尼分布器对气泡聚并及破碎行为的影响规律,考察大型反应器中不同阻尼分布器组合方式的流场流动特性,探究了阻尼分布器组合在工业反应器放大过程中的流场强化效果。结果表明：设置阻尼分布器后,鼓泡床反应器冷模试验装置中湍流涡尺度减小,气泡破碎概率提高,不同气泡群经阻尼分布器后气泡群平均直径从13.48～24.38 mm降至9.40～20.38 mm,表面积增幅为8.5%～71.9%。设置阻尼分布器可提高反应器局部气含率和液速分布均匀性,适当增加阻尼分布器层数有利于扩大流场的轴向影响范围。增大阻尼分布器直径有利于减小各高度平面间局部液速的差值并提高局部气含率径向分布均匀性,不同高度平面中心液速的差值由0.6 mm/s降至0.3 mm/s,同一高度平面局部气含率方差可降至未设置阻尼分布器时的15%。在反应器放大过程中,流体绕流的径向范围扩大,设置阻尼分布器后局部气含率和液速分布均匀性进一步提高,同一高度平面局部气含率方差可降低至未设置...     

鼓泡塔反应器气液两相流CFD数值模拟

对圆柱形鼓泡塔反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟的表观气速范围为0.02～0.30 m•s^-1; 模拟采用了双流体模型,并耦合了气泡界面密度单方程模型预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡尺寸的影响。液相湍流采用考虑气相影响的修正k-ε模型,两相间的动量传输仅考虑曳力作用。模拟获得了轴向气/液相速度分布、气含率分布、湍流动能分布以及气泡表面面积密度等,对部分模拟结果与实验值进行了定量比较,结果表明模拟结果与实验结果吻合较好。     

加压鼓泡塔反应器中气液两相流CFD数值模拟

对加压气液鼓泡塔反应器内的气液两相流进行了二维数值模拟,模拟的压力为0.5～2.0 MPa,表观气速为0.120～0.312 m/s;模拟采用了Euler-Euler模型,并耦合了气泡群平衡模型（PBM）预测气泡尺寸,该模型考虑了气泡聚并与破碎对气泡的影响。液相湍流采用标准k-ε模型,两相间的作用力只考虑曳力。模拟获得了局部气含率、局部气/液相时均轴向速度及其径向分布等数据,并与实验结果进行比较。结果表明,局部气含率、局部气相速度模拟结果与实验结果吻合较好,局部液相速度径向分布特征模拟结果与文献结果相符。     

气液鼓泡床泡罩式气体分布器流场的CFD模拟

采用ANSYS FLUENT商用CFD软件对气液鼓泡床内泡罩式气体分布器单体进行了数值模拟。以Ug=12.34m/s的入口速度对计算模型进行单相三维稳态模拟。研究了泡罩内径、泡罩齿片和入口管开孔分别对塔内不均度和泡罩式气体分布器的压降影响规律。研究表明,随着泡罩内径的增加,塔内不均度和分布器压降减小;泡罩齿片加宽,齿片对气体的阻力增加;齿片间距增加,齿片对气体的阻力减小;入口管开孔数对塔内不均度没有任何影响。开孔数很少时,开孔数量的增加使分布器的压降减小,然而开孔数增加到一定数量时,开孔数对分布器的压降影响甚微。对泡罩式气体分布器进行了结构优化。     

鼓泡床反应器中液体循环的模拟

应用分离流概念对气液鼓泡床反应器中的两相流体动力学进行了理论分析,从而建立了一个基于机理的液体循环的数学模型。根据这个模型,对影响液体循环的诸因素及部分实例进行了模拟计算,其结果与实验结果吻合很好。     

锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

采用(四面体 楔体 棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息.研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较.     

鼓泡浆液反应器

随着煤液化和生物化工技术的开发,鼓泡浆液反应器(BCSR)正在得到广泛的应用。本文扼要地介绍了近年来BCSR的水力学、传递过程和反应器模型三方面研究工作的进展。     

气固流化床反应器内多相流CFD的研究进展

流化床反应器因其优良的性能而广泛应用于化工、石油、冶金、农业和环保等诸多领域。传统的过程研究与设计方法需要耗费大量的人力和物力,且产业化周期较长。多相流CFD方法很好地解决了这些问题。随着数值计算方法和计算机软硬件技术的不断发展,多相流CFD方法必将会有更广阔的前景。     

基于EMMS方法的鼓泡塔反应器CFD及群平衡模拟

能量最小多尺度(energy-minimization multi-scale,EMMS)方法已经被应用于气液体系中群平衡(population balance model,PBM)模型的改进。EMMS模型可计算气泡破碎聚并过程的能量,进而获得聚并速率的修正因子。应用这一模型对高气速鼓泡塔进行了模拟计算,并进一步对比了均一尺径模型、CFD-PBM模型以及CFD-PBM-EMMS模型的模拟结果与实验数据。结果表明,在高表观气速条件下,基于EMMS方法的群平衡模型可以更加准确地预测鼓泡塔中不同高度的气泡尺径分布和轴向液速,同时提高了对整体气含率和局部气含率的模拟准确性。在表观气速为0.16 m·s~(-1)和0.25 m·s~(-1)时,CFD-PBM-EMMS模型对气泡尺径分布的预测精度更高,同时整体气含率模拟的相对误差下降为5%和15%,局部气含率模拟平均相对误差下降为8%和17%。     

基于EMMS方法的鼓泡塔反应器CFD及群平衡模拟

能量最小多尺度（energy-minimization multi-scale,EMMS）方法已经被应用于气液体系中群平衡（population balance model,PBM）模型的改进。EMMS模型可计算气泡破碎聚并过程的能量,进而获得聚并速率的修正因子。应用这一模型对高气速鼓泡塔进行了模拟计算,并进一步对比了均一尺径模型、CFD-PBM模型以及CFD-PBM-EMMS模型的模拟结果与实验数据。结果表明,在高表观气速条件下,基于EMMS方法的群平衡模型可以更加准确地预测鼓泡塔中不同高度的气泡尺径分布和轴向液速,同时提高了对整体气含率和局部气含率的模拟准确性。在表观气速为0.16 m·s^-1和0.25 m·s^-1时,CFD-PBM-EMMS模型对气泡尺径分布的预测精度更高,同时整体气含率模拟的相对误差下降为5%和15%,局部气含率模拟平均相对误差下降为8%和17%。     

鼓泡塔反应器内两相流动态模拟研究

采用双流体模型以及考虑气相影响的湍流模型,对矩形鼓泡反应器中气液两相流行为进行了两维和三维数值模拟.结果表明,两维模拟不能准确预测气液两相流动态行为,而三维数值模拟则能准确模拟两相流动态行为.通过比较湍流粘度,发现两维模拟所得湍流粘度要比三维模拟高一个数量级.比较了三维模拟中湍流模型对模拟结果的影响.发现RNGK-E模型所模拟的气泡流摆动周期明显小于K-E模型的模拟结果,模拟结果更接近实验结果.考察了升力和虚拟质量力在多相流动态行为模拟中的作用,发现它们对模拟结果产生不同程度的影响,其中升力的影响比虚拟质量力的影响显著.     

费托合成鼓泡浆态床反应器气体添加模拟研究

采用建立数学模型的方法在鼓泡浆态床反应器体系中讨论了气体添加对费托合成反应行为的影响。先采用惰性气体添加的方法找到最适合鼓泡塔反应器体系的气体添加模拟方法,在最优方法中,随气体添加相应改变总压和扩散高度以保持合成气分压和空速不变。采用该方法讨论了二氧化碳和烯烃对反应行为的影响。结果表明,随二氧化碳添加量的增加,合成气转化率降低,二氧化碳的添加使得总烯烷摩尔比增加,二氧化碳添加主要通过水煤气变换反应影响费托合成行为;烯烃添加将抑制小于其碳数的烃类的生成,促进大于其碳数的烃类的生成。     

对二甲苯氧化鼓泡反应器性能研究

对内径786 mm,高3 000 mm的2种环管开孔率进气的PX氧化鼓泡反应器的性能进行了研究。实验结果表明,该反应器接近全混流,固体颗粒在反应器内悬浮均匀,锚桨搅拌转速以n=8~19 r/m in为佳,侧线进气以下侧线5%~10%比例为宜,开孔率0.842%环管分布器气含率高于开孔率0.647%环管分布器气含率,固体颗粒存在会导致气含率降低,并得到可应用于工业PX氧化反应器的设计和放大带下侧线的气含率关联式。     

浆态床鼓泡反应器(SBCR)的研究进展

文章综述了浆态床鼓泡反应器的研究进展。主要介绍了浆态床鼓泡反应器中流型、相含率、气泡动力学等流体力学特性以及操作条件对流体力学特性的影响,并对浆态床鼓泡反应器的发展提出展望。     

三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器数学模拟及工程分析

建立了加压三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器的数学模型 ,计入了催化剂颗粒在床层中沉降形成沿床高浓度分布对反应的影响以及由于惰性液相载体部分返混对传递的影响 ,进一步利用经实验验证的上述数学模型模拟不同表观气速、床高、反应器直径 (扣除传热元件截面积 )、进口乙烯摩尔分数等参数对床层中催化剂浓度随床高的分布、出口环氧乙烷摩尔分数、环氧乙烷选择率以及单位质量催化剂环氧乙烷年产量的影响 .通过模拟分析预示了工业三相床环氧乙烷反应器的合理尺寸、表观气速、环氧乙烷选择率以及时空产率 ,为工业化提供必要的设计依据     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

浆态床鼓泡反应器中气含率的分布

为了解浆态床鼓泡反应器中气含率的分布规律,在浆态床鼓泡反应器冷模试验装置中,以空气-液体石蜡-氧化铝微球为试验介质对装置内部的气含率进行研究。利用压差法研究了表观气速、浆液固含量等操作条件对反应器床层总体气含率的影响,利用光纤探针法研究了浆态床反应器不同操作条件对局部气含率的影响,总结了反应器内部气含率的分布规律,并由此对工业浆态床鼓泡反应器的设计进行了研究。结果表明:浆态床反应器的总体气含率随表观气速的增大而增大,固体细颗粒的加入能适当降低总体气含率;在反应器底部,分布器对气体的均布作用明显,但表观气速的增大能够弱化分布器的作用;在反应器的中上部气含率不受分布器的影响,沿反应器径向呈现"中间高,边缘低"的分布趋势;在工业费托浆态床中,表观气速不宜低于0.12 m/s,内过滤系统适宜设置于反应器中上部靠近器壁的位置。     

流态化合成氮化硅的鼓泡床冷模试验与CFD模拟

对流态化合成氮化硅的鼓泡床进行了冷态试验研究,结果表明:优选出的流态化分布板,在表观气速为0 11~0 13m/s时,可以形成稳定的鼓泡床。并运用CFD技术,模拟研究了床内的空气相、颗粒相的组分浓度分布规律,对床内的死流区、不同粒径颗粒的上下分层现象与不同床层高度的压力降的模拟预测结果与实验结果相吻合。     

浆态鼓泡床反应器合成乙酸正丁酯工艺的研究

采用浆态鼓泡床反应器,改性阳离子交换树脂作催化剂,正丁醇和冰乙酸为原料,对乙酸正丁酯的合成工艺进行了研究,确定了最佳工艺条件:反应温度为110℃,反应时间75min,原料摩尔比n(正丁醇)∶n(乙酸)=1.2∶1,催化剂用量占乙酸用量的40%,乙酸正丁酯的产率可达到98%以上。