滴流床反应器动量传递模拟研究与应用

滴流床反应器(TBR)动量传递模型的研究是改善传热、传质、反应效率及设计、强化反应器性能的基础。本文借助滴流床反应器相对渗透、单缝、双流体界面力等动量传递模型分析,探讨加氢反应床层压降、持液量变化趋势与模型模拟的差异,确定模型的适用体系与局限性,阐述了气液分布器结构差异对不同作用体系气液分布、反应过程的影响。结合滴流床反应器的工业实践,探索优化操作、强化反应强度,提高转化率、选择性的措施。     

复合生物流化床流动特性的研究

对具有导流筒流化床与填料固定床相结合的复合生物流化床的床层流体力学特性、混合特性及传质特性进行了研究。通过不同固体颗粒的试验研究,对床层压降及摩擦因数、床层平均气含率、气泡下潜深度、液体循环速率、床层混合特性及气液传质系数进行了讨论和关联,并得出了相应的计算模型。     

硫磺回收装置过程气系统压降的影响因素及控制措施

目的降低硫磺回收装置过程气系统压降,保持装置长周期运行。 方法结合10×10⁴ t/a克劳斯+尾气处理工艺的硫磺回收装置工艺特点及标定工况,通过对装置典型设备及管道压降的研究计算和数据比对,找出装置过程气系统压降的影响因素。同时,根据生产实际对过程气系统压降的影响因素进行全面分析,提出降低系统压降的方法和措施。 结果通过查图及计算等方法得到装置主要设备及管道压降的具体数值:①反应炉烧嘴压降为1.5 kPa;②每台换热设备压降约为1.0 kPa,过程气系统换热设备总压降为6.0 kPa;③反应器床层压降计算值仅74 Pa,具备很好的低压降性能;④急冷塔填料湿塔压降为760 Pa,吸收塔填料压降为2.3 kPa;⑤单个丝网除沫器压降为164 Pa,系统中丝网除沫器总压降为1.1 kPa;⑥过程气管道系统压降约3.0 kPa,每增加1 m管道,系统压降会增加15 Pa。过程气系统压降受到过程气总量、反应炉烧嘴、换热设备、反应器、塔设备、丝网除沫器及系统管道的影响。 结论通过提升硫磺回收装置原料性质、精准控制制硫炉配风、保护反应器催化剂性能、稳定塔设备操作工况等,可保持较低的硫磺回收装置过程气系统压降,为装置长周期运行创造条件。      

好氧－厌氧复合内循环生物反应器流体力学研究

对所开发的一种好氧-厌氧复合内循环生物反应器的流体力学特性进行研究,考察表观气速、表观液速、固含率对床层压降、气含率及循环量的影响。结果表明,表观气速越大,床层压降越小,气含率越大,循环量越大;表观液速对床层压降、气含率和循环量的影响不大;固含率越大,床层压降越大,气含率越低,循环量越低。     

循环氢气液凝聚器的性能试验研究

参照加氢裂化某工业装置使用的循环氢气液凝聚器,设计制造了一台相同工艺尺寸的气液凝聚器试验模型。在实验室内进行了冷态模型试验,研究剖析了气液凝聚器入口气速、含液量和液滴大小等工艺操作参数对分离效率及压降的影响;测定了气液凝聚器在不同入口气体速度时的循环气量并分析了其外循环工作机理;进而对气液凝聚器的分离效率、压降进行了计算,计算值与试验测量值吻合;为掌握循环氢气液凝聚器的操作工艺性能和设计应用提供了试验依据。     

新型内置集垢器技术开发与应用

介绍了一种新型内置集垢器,并对其结构及工作原理进行详细介绍。与现有技术相比,该集垢器具有结构简单、容垢能力强、不易堵塞、集垢效果好、不占用催化剂床层空间等优点,能有效延缓反应器床层压力降的升高速率,延长反应器的运行周期。该内置集垢器在中国石化北京燕山分公司石蜡加氢精制装置工业应用的结果表明,内置集垢器的安装使用可有效缓解垢物的生成速率,对反应器压降上升趋势的控制有效可行,反应器压降基本控制在小于0.1 MPa的水平,产品质量合格,装置运转时间比改造前大大延长。     

丙烯腈流化床反应器压降的研究

采用丙烯腈流化床反应器的工业运行数据,研究了丙烯腈流化床反应器的压降。结果表明:流化床床层压降稳定,实测值与计算值吻合;反应器空气分布板的小孔阻力因子与雷诺数的关联性较好。     

气-液分流式分布器的流体力学性能

开发了一种具有抗塔板倾斜性能的气-液分流式分布器。通过冷模实验,研究了该分布器液体破碎程度与液体分布均匀性之间的关系,以及操作条件变化对分布器压降的影响,并在直径为1 m的加氢反应器中考察了由37个气-液分流式分布器组成的气-液分配盘的液体分布均匀性。结果表明,存在一个液体破碎雾化的临界气速。临界气速同时也是分布器液体分布均匀与否的分界点,只有气体流速超过该临界值时,才能实现液体的均匀分布。当通过分配盘的气量超过总体临界气体流量时,其液体分布相对不均匀度可降至5%以内,实现液体的均匀分布。此外,基于实验数据,还得到了气-液分流式分布器的压降与气、液两相Reynolds数间的关系式。     

轴向固定床反应器内构件的研究

在直径1000mm、高3000mm的轴向固定床冷模装置中研究了气体分布器和瓷球填料对反应器内气流分布的影响结果表明,随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;气体分布器可改变床层内气流流形并使气流的径向速度分布趋于均匀;瓷球填料的阻力作用也可使径向气流的速度分布趋于均匀。合适的气体分布器与瓷球填料联合使用能使催化剂床层中气体的径向压差小于0.08kPa。     

组合约束型出口提升管系统压力分布及压力平衡分析

在一套冷态的组合约束型出口提升管装置上,对提升管压降及系统压力分布进行了实验研究,通过推动力与阻力分析建立了系统压力平衡方程。结果表明,提升管压降轴向呈两端大中间小的C型分布特征,对应轴向由下至上可分为加速区、充分发展区和约束区。系统压力平衡主要受上部床层内颗粒静床高度、莲蓬头式分布器下方床层密相高度、循环管总高度及循环管中密相与稀相高度比值、蝶阀压降、提升管压降及莲蓬头式分布器压降等的影响,通过调节蝶阀压降可以实现组合约束型出口提升管在较宽范围内的操作。     

气液并流上行式反应器中分配器压降特性

在冷模试验装置中对气液并流上行式反应器中两种分配器的压降特性进行研究,考察了气体流量和液体流量对分配器压降的影响,结果表明：采用基准气液分配器和新型气液分配器时,分配器压降都随着气体流量的增大而先减小后增大,随着液体流量的增大而增大;在相同条件下新型气液分配器的压降高于基准分配器。针对两种气液分配器分别建立压降模型,压降计算值包括气液分配器的下部入口压降、中部上升管压降和顶部出口压降三部分,模型计算及验证结果表明：基准气液分配器压降中顶部压降占比最大,下部压降和中部压降占比较小,而中部压降中重力压降占比最大,加速压降可忽略不计;压降的模型计算值与试验值随液相流量变化的趋势基本一致,但是在相同条件下压降的计算值大于试验值,且二者的偏差随着液相流量的增大而逐渐增大,其原因是实际分配器中气液两相的流型会发生变化,导致模型计算值偏差变大。     

固定床反应器内构件-喷射型分配器的结构优化

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对一种喷射型分配器进行了数值模拟,在此基础上探讨了气相入口结构、液相入口数量、出口喷嘴直径等对分配器不均匀度和压力降等性能的影响,进而优化了分配器结构.研究结果表明,改进型分配器气相入口形式为朝向同侧的2孔,液相入口个数为4个,出口喷嘴直径为12 mm,分配器下方200 mm的...     

新型加氢反应器内构件的研究

在专用的加氢反应器试验装置上，中国石化集团洛阳石油化工工程公司设备研究所开发了新型加氢反应器内构件：ERI型入口扩散器、ERI型和BL型气液分配器、ERI型和BL型急冷箱，并将这些内构件与美国联合油公司开发的LOC型反应器内构件进行了比较。与UOC型内构件相比，ERI型入口扩散器液体分配曲线较平缓，压力降较低；ERI型和BL型气液分配器的液体分配曲线平缓，在压力降方面ERI型最低、UOC型居中、BL型较高；ERI型和BL型急冷箱的温度分布不均度均比UOC型的低，在压力降方面ERI型最低，UOC型居中，BL型最高。     

流化床气体分布板结构对流化特性的影响

In the present paper, the experimental method and computational fluid dynamics (CFD) method were used to investigate the effect of gas distributors with different orifice size and orifice pitch on fluidization characteristics in gas-solid fluidized bed. The distributor pressure drop, bubble evolution, bed pressure drop and the distribution profile of solid volume fraction were investigated with using the four types of gas distributor plates. Euler- Euler two fluid model(TFM) approach based on the kinetic theory of granular flow (KTGF) and Standard k-epsilon turbulence model were employed in the numerical simulation with using ANSYS Fluent 15.0. The results showed that the orifice size and orifice pitch of gas distributor plate have the significant influence on the flow characteristics in gas-solid fluidized bed. With decreasing orifice size and orifice pitch of gas distributor plates under the same opening area, the distributor pressure drop, the initial bubble size and height of dead zone just above distributor was decreased, and the bed pressure drop was more increased than that of the larger orifice size and orifice pitch of distributors, the distribution of solid volume fraction was also more homogeneous for the small orifice size.     

LSXPT-1型双向液体喷头的研究

在 ?1 000 mm有机玻璃冷模试验装置上利用空气-水系统考察LSXPT-1型双向液体喷头的分布性能、喷出的液滴粒径、喷头入口压力、雾沫夹带等随液体流量变化的规律。结果表明：LSXPT-1型双向液体喷头的分布不均匀度系数在0.031～0.040之间,低于传统槽式液体分布器和缓冲沉降式液体分布器的分布不均匀度系数,分布性能优异;随着液体流量的增大,喷头入口压力增大,在液体流量为2.15～9.62 m3/h的范围内,喷头入口压力为 0.04～0.66 MPa;喷出的液滴粒径在1 975～2 350 μm之间,远高于当气速在3.0～4.0 m/s时因气液流动呈湍流状态液滴沉降所要求的液滴粒径（400～700 μm）;该双向液体喷头即使在空塔气速高达4 m/s时,其雾沫夹带量仍不超过7%,可允许更高的操作气速上限,提高塔的处理能力。     

固定床反应器溢流型气液分配盘的性能模拟

以油品和氢气为原料,选用欧拉-欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型,利用计算流体力学(CFD)软件建立了固定床反应器分配盘数学模型,并在验证模型准确性的基础上对由溢流型分配器组成的分配盘进行性能分析,考察了分配器排列方式、间距、分配盘下方空高等因素对分配盘性能的影响。结果表明,当以正方形形式排列、布点间距为118 mm、分配盘与催化剂床层间距为150 mm时,气液分配盘液相分布的不均匀度最小,仅为1.86%,比基本构型分配盘的液相分布不均匀度降低了42.9%。     

新型折流式超重力旋转床传质性能的研究

采用乙醇-水体系对新型折流式超重力旋转床进行了传质性能实验,考察了气相动能因子(F因子)、转子转速对新型折流式超重力旋转床的压降和传质性能的影响。实验结果表明,新型折流式超重力旋转床的压降随F因子、转子转速的增大而增大;每米理论板数随转子转速的增大而增大,随F因子的增大先增大后略有降低;与有液体分布器时相比,无液体分布器时新型折流式超重力旋转床的传质效果更好;与折流式超重力旋转床相比,新型折流式超重力旋转床的压降降低约70%,每米理论板数降低约40%,转子轴功率降低10%～30%。     

填料塔液体分布的研究

在300和600毫米直径的塔中,分别填充25~#及40~# Iatalox 填料,以空气-水为介质,采用三种结构型式的液体分布器,改变六种填料高度,在点源及均匀喷淋条件下,研究了分布器结构、填料及填料高度、液体喷淋量和气体流率对塔中液体分布以及壁流的影响,探讨了液体的分布规律。所得结论对工业填料塔设计具有实际参考价值。     

上流式反应器中气体分散性能的研究

在上流式反应器冷模实验装置中,以带圆柱形上升管的多孔板气液分布器为对象,考察了表观气速、轴向高度、上升管直径、固体颗粒形状对气含率分布的影响。结果表明,该气液分布器产生的初始气泡尺寸较大,多为毫米级气泡;气速越大,轴向位置越高,局部气含率的径向分布越不均匀;上升管直径为26 mm的气液分布器的气体分散性能优于上升管直径为48 mm的气液分布器;球形、齿球形和三叶草形固体颗粒对气泡有破碎作用,且三叶草形固体颗粒破碎效果优于球形固体颗粒,使用三叶草均形固体颗粒的填料层上方气含率分布偏差最小。