用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的一维模拟—I. 数学模型

复合式气力输送反应器是一种将提升管和多颗粒气力输送床串联使用的新型反应器,其中多颗粒气力输送床是由循环床叠加在密相湍床上形成的,适合于所需单程反应时间较长且需颗粒间、气固间作用力较大-防粘结、提高传质效率等的气固反应体系. 本工作用一维流化床反应器模型研究了用于四氯化钛生产的复合式气力输送反应器的反应性质,其中气体成分在泡相和乳相间的扩散速率通过气泡聚并模型进行计算并用粒子数平衡模型(Population balance)模拟颗粒沿轴向的粒径分布变化. 该模型可以同时获得反应温度、床内颗粒组成、气体成分、颗粒扬析量、反应效率等对生产非常重要的指标参数.     

气固下行流化床反应器Ⅱ气固两相的流动规律

气固下行流化床反应器气固两相流动过程是比较复杂的，沿轴向气固两相运动可分为第一加速、第二加速和恒速３个运动段，沿径向局部气体速度、颗粒速度和颗粒浓度都具有不同程度的不均匀性。而这种不均匀性是由气固两相顺重力场湍动运动所决定的。和循环床提升管相比，下行管反应器气固两相沿径向分布的不均匀性得到有效地改善，气固可以实现超短接触操作，因而是一种新型高效气固超短接触反应器     

不同入口结构下行床内气固流动及混合行为的CFD-DEM模拟

采用计算流体力学和离散单元模型（CFD-DEM）耦合一种简单的气固催化反应模型对具有不同入口结构的二维下行床内的气粒流动和混合行为进行全床数值模拟。模拟得到了不同入口结构下行床内的多尺度气固运动状态、全床的固含、速度及反应生成物浓度分布,以及气体和颗粒在下行床内的停留时间分布,发现入口结构对反应器内的流动、混合和气固接触效率起着关键性的作用,入口气体和颗粒的不均匀分布将导致下行床内气体停留时间的宽分布以及气固接触效果的恶劣。     

用于四氯化钛生产的组合式流化床的模拟

组合式流化床是一种将提升管和湍床串联使用的新型反应器,适合于所需单程反应时间较长且需颗粒间、气固间作用力较大——防黏结、提高传质效率等的气固反应体系.通过数学模型模拟研究了提升管预热方式、氧气初始浓度、初始炭矿比对用于四氯化钛生产的组合式流化床的反应特征和反应性质的影响,其中颗粒沿轴向的粒径分布变化通过粒子数平衡模型进行描述.模拟指出：富钛料主要的转化在湍床中进行;焦炭颗粒的燃烧反应存在“着火”温度(约873K）;氧气初始浓度和富钛料初始含量的增加能够增大富钛料的转化量,但氧气初始浓度达到一定程度（3.0mol•m^-3）后已不能有效增加富钛料转化量;氧气和氯气初始浓度高于某一数值时,在合适的氯化温度范围内（973～1373K）,湍床才存在稳定的操作温度点.     

微型气液固三相等温微分浆态床反应器的优化

针对气液固三相浆态床催化反应中,传递、反应、催化剂的原位表征均比较复杂的问题,为了有利于气、固相均匀分散于液相和反应温度在反应器中实现等温,通过对气液固三相反应工艺特性和反应器性能要求的分析,对微型气液固三相浆态床反应器进行了优化。根据微型浆态床对气液固三相反应分析的要求,采用图像法研究了分布器为G1、G2、G3,砂板直径为2、2.5、3 cm反应器中的流体力学性能特征,考察了气体流速、温度、反应器直径及气体分布器对气含率、气泡尺寸、气泡上升速率以及气泡分布的影响,并进行流体动力学模拟计算,确定了微型浆态床反应器的直径为2 cm,气体分布器为G3砂板的反应器结构,该反应器可以应用于反应过程中间态及液体产物生成过程的测试。     

气固错流移动床高温煤气脱硫过程模拟

在合理假设的基础上，考虑过程的传质和传热，建立了气固错流移动床反应器的数学模型，并采用数值模拟计算方法分析了过程的操作特点．结果表明，由于气固错流接触的特点，气固反应区沿颗粒移动方向逐渐向气体出口侧偏移，在竖直截面上气体浓度存在较大的差异，固体颗粒出口处脱硫剂转化率呈一定的分布．能量衡算表明，反应区温度变化不大，即使考虑到脱硫剂颗粒温度变化，也不会对反应造成太大的影响．在保证高脱硫率的基础上，减小出口脱硫剂转化率分布，提高脱硫剂利用率是反应器优化的关键．     

气固超短接触反应系统中颗粒轴向及径向混合行为研究

气固超短接触反应系统中颗粒轴向及径向混合行为研究魏飞，陈卫，金涌，俞芷青（清华大学化工系，北京１０００８４）关键词：气固超短接触反应器，磷光示踪，颗粒混合１前言气－固并流下行循环流化床反应器是一种新型气固超短接触反应器￣［１］，与传统的提升管反应器相...     

湍流气固两相流动状况的数值模拟

应用已建立的提升管反应器固两相流动反应模型,对工业催化裂化提升管反应器内在有传热及裂化反应时的湍流气固两相流动进行了数值模拟,得到了气固两相湍充动状况的详细信息,揭示了提升管内部有反应和传热时气固两相湍流流动的基本特征。模拟结果表明,在轴向,径向和圆周方向都存在着流动,湍能与率剂颗粒浓度的不均匀分布,进料段内的流动是整个反应器最复杂的部分。工业提升管反应器内这一复杂的气固两相湍流流动必将对传热和裂     

微通道反应器在有机合成中的应用研究

微通道反应器是一类具有极高的传质和传热效率的新型反应器,具有许多常规反应器无法比拟的优势,近年来已被广泛应用于科学研究和化工生产等领域。综述了微通道反应器的优点及其在均相反应、非均相反应、生物有机反应、气-液两相反应、液-液两相反应、气-液-固三相反应等方面的应用研究。微通道反应器在化学与化工行业具有巨大的开发潜力和广泛的应用前景。     

等离子体裂解煤反应器内气固混合行为的三维模拟

采用FLUENT对2 MW和5 MW等离子体裂解煤反应器内气固混合行为进行了三维数值模拟.结果表明,2 MW反应器内的煤粉颗粒能够射入气流中心,气固两相混合均匀,而5 MW反应器内的煤粉颗粒不能穿透射流,主要集中在壁面附近,反应器放大效应明显,所得模拟结果与热态试验结果吻合较好.进而应用此模型对不同粒径和入射速度进行了模拟计算,结果表明适当地增大粒径和颗粒入射速度都有利于提高气固两相的混合效率.     

双流化床反应器间气体泄漏规律的数值模拟

建立了描述双流化床化学链燃烧反应器内气固两相流动的数学模型,采用计算流体动力学方法,模拟考察了提升管和鼓泡床相耦合的双流化床内不同单元之间气体泄漏产生原因和影响因素。化学链燃烧系统压力平衡的分析结果表明,反应器间的气体泄漏主要发生在溢流装置和鼓泡床之间;增大溢流装置表观气速,气体泄漏增大,而增大提升管或鼓泡床表观气速时,气体泄漏会随之减小;化学链燃烧系统内颗粒总藏量增加时,气体泄漏会减小;颗粒粒径减小后反应器之间气体泄漏降低。其研究结果对其他循环流化床反应器的设计与工程放大也有一定的借鉴作用。     

环隙气升式气固环流反应器内流体力学特性的理论分析

环流反应器的研究与应用一直局限于气液与气液固体系,将环流反应器移植到气固体系是一个具有独创性的探索。针对工业化中气固环流反应器的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器。并对床层空隙率、颗粒流动速度进行了实验研究与理论分析。建立了环隙区床层空隙率模型,发现环隙区床层空隙率随着环隙区表观气速的增加而增加;环隙区靠近导流筒外壁一侧颗粒流动速度明显大于靠近反应器内壁一侧,导流筒区颗粒流动速度沿径向的分布受气体分布器结构影响较大;环隙区颗粒流动速度基本不随轴向位置的变化而变化,导流筒区颗粒的流动属于密相输送,颗粒环流所受到的阻力主要集中在底部区域,其次为气固分离区,底部区域阻力大小由床层流化质量和导流筒下端距反应器底部的间隙所决定;建立了颗粒环流速度模型,发现环流速度随环隙区表观气速的增加而增加。     

提升管和下行床在催化裂化过程中的比较

在综合考虑流动、反应、传质的基础上,建立了适用于模拟提升管和下行床反应器中催化裂化过程的二维返混模型,并利用正交配置法进行数值求解,得到了各产物在两种反应器内的不同浓度分布规律。这处结果源于两者流动结构和混合状况的差异。和提升管相比,由于下行床内的气固两相流动更接近平推流,气固速度和颗粒浓度径向分布均匀,气固轴向返混小,因而可得到更高的汽油收率。     

循环流化床预还原粉铁矿的动力学分析与计算

基于循环流化床（CFB）一维流动模型及界面反应控制的未反应收缩核模型,建立了CFB连续还原粉铁矿的数学模型,同时考虑了气相与固相的转化过程及粉铁矿的宽筛分特性,并与文献中的实验数据进行了对比,结果显示该模型能够较好地反映CFB内的流动及还原反应规律。在此基础上,针对某工业尺度反应器,又分别研究了气速、反应物成分、循环比等因素对反应器内运行特性的影响规律。结果表明：一定条件下,增大气速和降低还原气体的氧化度可以不同程度地增加固相的转化速率,但前者降低了气体的利用率,而后者增加了气体利用率;控制合适的循环比可以保证固相还原程度更为均匀。     

循环流态化：（Ⅲ）气,固流动模型

根据气、固两相流动的基本特征,循环流态化气、固两相流动模型可分为局部流动结构模型及整体流动结构模型两类。局部流动结构模型主要描述床内稀相及絮状物相的局部分布及变化,而整体流动结构模型主要描述床中空隙率。颗粒速度以及气体速度轴、径向分布及变化,其中根据实用层次不同,整体流动结构模型可分为一维、一维两区及两维模型。本文对循环流态化气、固流动模型进行了分类评述,供循环流化床反应器设计时参考。     

下行床气固两相流动计算流体力学模拟

基于颗粒相动力学理论 ,对层流机制表达的气固两相流体力学模型采用Reynolds平均的方法获得气固两相流的湍流模型描述 .其中 ,气相湍流行为以k -ε模型描述 ;颗粒相的碰撞行为以颗粒流的动力学模型表达 ;而湍流行为以kp 模型描述 .因此建立的k -ε -Θ -kp 模型综合考虑了气相和颗粒相的湍流运动以及颗粒的碰撞行为 .依据此模型建立了三维流体力学求解程序并对下行床气固两相流动行为进行了模型预测 .讨论了恢复系数的选取及壁效应假设 ,从机理上分析并考察了 3种模型的预测能力 .针对内径 1 40mm、高 7m的下行床冷态设备 ,在较宽的操作范围内 ,对比了详细的颗粒浓度和速度径向分布以及轴向参数分布 ,并对下行床的放大行为进行了预测 .     

2万吨／年硝基苯加氢流化床反应器设计

本文主要介绍流化床反应器设计中的工程放大技术。其特点是抓住工程放大的核心——克服放大效应,即如何控制气泡直径和防止气体返混这两个基本要点。流化床反应器放大时在以下三方面作了改正:1.气、固分离散术;2.反应热回收技术;3.密相床气泡控制技术。这项设计的技术水平属国内领先、并达到国外同类流化床反应器的生产水平。     

中心气升式气固环流反应器中的能耗分布

基于能量平衡,推导出计算中心气升式气固环流反应器中不同区域内气固混合物流动能耗的理论模型,测量了不同区域内固相颗粒速度、气固混合物密度及床层压降,并根据实验数据确定出相应的模型参数,模型计算与实验结果吻合较好. 模型计算表明,中心气升式气固环流反应器内环隙区和气固分离区的能耗分别占反应器总能耗的近40%和30%,颗粒环流受到的阻力主要集中在这2个区域;而导流筒区及分布器影响区能耗较小,共占总能耗的近30%. 随导流筒区表观气速增加,环隙区能耗占总能耗的比重减小,气固分离区能耗所占比重增大,导流筒区和分布器影响区能耗基本保持不变. 气体分布器的安装位置对反应器内能量消耗的分布影响较大,中心气升式气固环流反应器内流动阻力更小.     

气固两相流内中空多孔催化剂性能的数值模拟

气固流态化过程中流体和颗粒分别聚集,形成稀密两相,严重限制其传质效率和反应速率的提高。针对此问题,本工作设计了一种中空多孔结构的催化剂颗粒,通过模拟方法研究该颗粒对稀密两相气相传质与反应的影响,及其在稀密相间转换的时间尺度。结果表明,一定的流动强度时,在颗粒稀密相转换的时间尺度内,中空多孔结构的颗粒能够有效地在稀相存储反应气体,并在密相释放,为密相提供额外的反应气体,增强体系的整体反应效率。当催化反应速率高于传质速率时,在所研究的流动条件下中空多孔颗粒体系的反应效率比实心球形颗粒体系高出26.92%~29.55%。可以预见在稀密相分布更广的大型气固流化床反应器中,中空多孔结构的催化剂颗粒能够更为有效地提高反应器的整体效率。     

气-液-固反应器介绍

一、气—液—固反应器的型式根据固体颗粒的运动状态不同,气—液—固反应器可分成下列两类基本型式。 1.固体颗粒静止不动这种型式称为固定床。它有三种操作方式:(1)气、液并流向下,(2)气、液并流向上,(3)气、液逆流(通常是气体向上,液体向下)。固定床气—液—固相反应器中,以(1)、(3)两种操作方式居多,即液体成薄膜沿固体颗粒的表面流下,气体则成连续相以并流或逆流的方式通过静止的颗粒层,称为涓流床反应器,如图1所示。在涓流床反应器中,流动情况接近活塞