上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

自吸式反应器气液传质实验研究和CFD模拟

对一种自吸式反应器的气液分散性能进行了实验研究,并采用计算流体力学(CFD)ANSYS CFX中对自吸式反应器在600,800,1 000,1 200 r/min 4种转速条件下气液二相流的流场、局部气含率及整体气含率进行了数值模拟,并采用Higbie溶质渗透模型模拟研究了反应器的容积传质系数。研究结果表明:气液二相流场与高速摄像机拍摄的结果相同,成对称分布;自吸式反应器的局部气含率分布均匀,上下分布良好,整体气含率的模拟结果与实验结果一致,实验值和模拟值误差为5.1%;局部容积传质系数分布良好,气体出口附近较好,容积传质系数模拟值与实验值变化趋势一致。     

定-转子反应器气液传质特性实验研究

采用氮气-水脱氧体系,在转子转速为300～1450 r·min-1、水流量为0.75～2.0 m3·h-1、氮气流量为1.5～4.0 m3·h-1的实验条件下,研究了定-转子反应器(RSR)的气液传质特性,初步考察了操作参数及结构参数对RSR气液传质性能的影响.实验结果表明:液体出口氧含量随转子转速(N)、气体流量(Gv)的增加而降低,随液体流量(GL)的增加而升高,液相体积传质系数(kxa) 随N,GL和GV的增加而增大.结构参数对定-转子反应器的气液传质特性具有显著的影响,定-转子反应器内部的转子层数越多,传质单元数NTU越大,传质效果越好.最后采用因次分析法推导出了定-转子反应器液相体积传质系数关联式,且进行了统计检验,所得关联式与实验数据拟合较好.     

气提式环流反应器中局部传质特性研究

本文在环流反应器中液相单级返混较小的情况下,提出了测量上、下两流区局部容积传质系数的稳态和动态物理吸收法,对两法的误差来源和适用条件进行了分析讨论,并用该两法对环流反应器的局部传质特性进行研究,发现气相循环比是环流反应器传质特性的一个重要参数.文中应用动量衡算导出了气相循环比的理论关联式.     

偏氟乙烯聚合反应器气液传质特性的研究

采用纯氧物理吸收法在直径为300mm的有机玻璃釜中测定气液容积传质系数KLa。研究了桨型、装料高度、桨叶位置及桨叶直径对KLa的影响。结果表明,随着液深的增加或桨叶安装位置的提高,KLa值下降;而桨径增加,KLa值增加。     

喷射式气,液反应器在空气—水系统中的传质特性

在对喷射式气、液反应器中复杂的流动行为进行简化和假定的基础上,导得了传质模型,并以空气-水系统进行实验研究。用光电毛细管法测定喷射管内气泡平均直径 d_(32)和比表面积 a,用氮气解吸水中溶解氧的方法获得体积传质系数 k_La,以确定传质模型中的有关参数。实验获得如下结果:α=9.18×10~2β~(0.74)e~(0.372),k_Lα=0.7206β~(0.88)e~(0.492)。其结果与理论分析较接近,可作为喷射式气、液反应器设计参数。     

三级环流反应器中气液流动与传质规律

针对级间安装导流筒的三级环流反应器的气液流动与传质过程开展实验研究。通过冷模实验获得不同表观气速下(0.015～0.1m/s)以及安装不同级间内构件时环流反应器内的气含率、混合时间、停留时间以及体积氧传质系数。结果表明,随着表观气速的增加,反应器各级内的气含率增加,混合时间减少,平均停留时间减小,同时氧传质系数增加。通过对反应器内气液流型的变化的观察,进一步分析了级间内构件对三级环流反应器性能的影响,发现内构件上截面较宽时(3^#内构件),反应器的混合效果更好,而内构件的上截面较小时(1^#内构件),反应器可以更好地抑制返混。     

多相机械搅拌气升式环流反应器中的气液传质

由空气水玻璃珠（ρ＝２６３０ｋｇ／ｍ３,ｄｐ＝２５μｍ）构成三相体系,在内置机械搅拌桨的内循环反应器中进行实验。实验条件：表观气速Ｕｇ０．５～１９．０ｃｍ／ｓ,固含量εｓ１％、２％、４％（质量分数）,搅拌桨速度为０～１２００ｒ／ｍｉｎ。结果表明总体积传质系数ＫＬａ随气体表观气速和搅拌速度增加而增加。总能量耗散速率同时受通气能量耗散速率与搅拌机械能量耗散速率的影响。搅拌转速一定时,搅拌机械能量耗散速率随表观气速的增加而下降。从能量角度考虑,表观气速和搅拌速度的选择应有一个良好的匹配。存在固体颗粒时,传质系数ＫＬａ与传质界面面积ａ均得到改进。对于２５μｍ玻璃珠体系,ＫＬａ值随固含率变化,其最大值的产生在２％固含率左右,固含率继续增加,则ＫＬａ降低。最后对ＫＬａ固含率及能量耗散速率作了关联。     

微通道反应器的一维放大及气液传质特性

微通道反应器能有效增强气液间传质,但处理能力受限。为了提高微通道的处理量,对微通道反应器的一维放大及气-液传质特性进行了研究。以乙醇胺（MEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）混合水溶液吸收CO₂为研究物系,在通道深度恒定时,考察了微通道宽度、气液流速对传质特性的影响。结果表明,传质系数和体积传质系数均随通道宽度先增大后缓慢减小,在通道宽度为1000 μm时达到最大值。比表面积随通道宽度的增大而降低。因此,合理增大微通道宽度,可在提高处理能力的同时,仍然保持良好的传质特性。     

环流反应器的增湿性能与气液传质特性

为研究环流反应器对干空气的增湿效果,分别测量了不同液位和气速条件下环流反应器的进出口气体湿度值,比较了进出口气体湿度变化和增湿效果.并在低液位条件下建立了水分传递的传质模型,推导出传质系数的计算公式.研究表明,在空气和自来水体系的环流反应器实验中,气体增湿效果显著,证明了采用干空气增湿方法浓缩母液的工艺可能性.但由于实验中采用的环流反应器内径小、气速低,单位时间内干空气带走的水分有限,为提高母液浓缩效率可采用降低反应器高度、增大反应器横向尺寸和气速等措施.     

Particle-liquid mass transfer in three phase sparged reactor

Particle-liquid mass transfer in a three phase sparged reactor has been studied over a wide range of particle sizes, for the chum-turbulent regime. The particle-liquid Sherwood number has been correlated in the usual form with the Reynolds and Schmidt numbers. Use of the hindered particle settling velocity in the Reynolds number yields good agreement (±20%) with the present as well as most of the literature data. The proposed correlation also holds for power law non-Newtonian liquids when the effective viscosity is used.     

微界面强化重油浆态床低压加氢的传质基础

每年将数亿吨重油加工成轻质馏分或化工原料关系到我国国家能源安全和能源资源的高效利用。然而传统的重油浆态床加氢反应器(TSR)一般都是在高压下运行,这会产生一系列负面影响。本文发展了一种新的加氢方法——微界面强化浆态床加氢反应器(MISR),构建了MISR中气泡Sauter平均直径d₃₂和气-液相界面积a以及能量耗散率ε数学模型,并建立了冷模模拟实验体系d₃₂和a的测试系统。理论计算结果表明,MISR中氢气传质速率远大于TSRs,这为MISR中重油高效、低压加氢提供了理论依据。实验研究表明,在实际操作条件下,当气液比(氢/油)从10变化到150时,MISR中d₃₂在220～420μm范围内。与高压操作下的TSRs相比,MISR内气液界面面积和氢传质速率分别提高了20～100倍和20～50倍。分析显示,d₃₂和a的理论计算结果与实测值的误差均在15%以内。     

微孔射流毛细管反应器内液-液两相传质和反应选择性

微反应技术在化工过程强化领域已得到广泛应用,尤其适用于快速复杂竞争反应体系。对于液-液两相快速竞争反应,反应过程受传质限制,显著影响反应转化率和收率。本文开发了一种新型的微孔射流毛细管反应器（MJCM）,采用微孔射流强化进口处液-液两相传质性能,分别采用水-苯甲酸-煤油体系和水-氢氧化钠-甲苯-苯甲酸-氯乙酸乙酯体系研究了不同操作参数（流量、流量比、表面活性剂浓度、温度）和结构参数（孔径、管长）下液-液两相传质特性和反应选择性,并获得了舍伍德数Sh的关联式。结果表明：随着两相流量的增加,传质效率E呈下降趋势,总体积传质系数k_La呈增加趋势,反应选择性指数X_s则先减小后增大;孔径的增大则会减弱液液传质和反应选择性;随着毛细管长的增加,E和X_s逐渐增大,k_La则逐渐减小;水相-有机相流量比的变化对E和k_La会产生不同影响,而温度的适当升高则可以提升反应选择性,表面活性剂的加入降低了传质和反应选择性。与其他液液传质设备对比,MJCM在液-液两相传质、反应选择性方面性能良好,可以用于工业生产进行液液传质与反应过程的强化。     

电化学反应器流动和传质特性的仿真研究

提出了一种基于双面BDD电极的平行板结构的电化学反应器,它通过阳极和阴极交替排列引导污水多通道蜿蜒流动,实现了三维传质的增强。利用OpenFOAM分析了四阳极结构反应器的流动特性和传质特性,结果表明该结构的反应器在低入口流体雷诺数下传质系数低,分布不均,当入口雷诺数大于500时流体出现不稳定,传质增强。     

Effect of catalyst loading on gasliquid mass transfer in a slurry reactor: A statistical experimental approach

A statistical experimental design was employed to study the effects of pressure, temperature, catalyst loading, and mixing speed on the solubilities (C*) and volumetric gas/liquid mass transfer coefficients (k_L^a) for H₂, N₂, CO, CH₄ and C₂H₄ in a liquid mixture of hexanes containing iron oxide catalyst in a 4-litre agitated autoclave. Statistical correlations for k_L^a values for the gases used were developed. Mixing speed and solid concentration showed the strongest effects on k_L^a. At low catalyst concentrations, a maximum in k_L^a was observed and at concentrations > 37 mass%, k_L^a decreased by more than one order of magnitude.     

Power consumption and mass transfer in agitated gas-liquid columns: A comparative study

Power consumption, gas holdup and oxygen mass transfer in agitated gas-liquid columns have been studied for an air-water system. Measurements have been carried out in a reciprocating plate reactor using five different types of perforated plates and in a stirred tank reactor with one, two and three Rushton turbines, a helical ribbon impeller with and without surface baffles. Each mixing vessel had an identical geometry with a working volume of 17 L. For reciprocating plate stacks, the gas holdup is a complex function of the perforation diameter, the frequency of agitation and the gas superficial velocity. For radial-type mixing devices, the gas holdup increases more rapidly with the speed of rotation for the helical ribbon. The power imparted to the fluid by the mixing device is independent of the gas superficial velocity for the plate stacks and the helical ribbon impeller for a given frequency or speed of agitation whereas it decreases for Rushton turbines. The correlation of the power consumption obtained for all mixing devices plotted against the reciprocating frequency or speed of rotation to the third power shows a linear fit. K_La values were correlated very well with the power input per unit volume and superficial gas velocity for all mixing devices. At lower power input per unit volume, K_La is a function of only the gas superficial velocity. At higher input power per unit volume, K_La increases rapidly with an increase in the intensity of agitation. Reciprocating plates with larger diameter perforations led to higher K_La values whereas the lowest K_La were obtained with the helical ribbon impeller. Correlations for one and three Rushton impeller assemblies were almost identical whereas measured K_La were much higher for the two-impeller assembly due to the presence of a highly mixed zone in the vicinity of the dissolved oxygen probe.     

卧式搅拌釜气液传质性能研究

在 50L卧式搅拌釜内,采用氧电极法测量纯水 O2 体系的液侧容积传质系数kLa, 研究搅拌弗鲁德数Fr、桨叶尺寸和液含量等对kLa的影响。随着Fr提高,kLa增大;桨径、桨宽、叶片数和层间距与kLa有关系,而层间夹角对kLa影响不大;随液含量的增加kLa先缓慢升高而后降低,且峰形和峰值随Fr的增大而发生变化。研究结果可供四氟乙烯等聚合釜搅拌桨设计优化和工程放大参考。     

CFD在自吸反应器气液流动和传质特性研究中的应用

针对配置气体分布器的六叶轮自吸反应器建立了欧拉气液两相流三维瞬态模型,耦合Higbie气液传质模型,采用CFX软件对其气液混合过程的流场、气含率、吸气速率及溶氧传递过程进行数值模拟,获得了反应器的流动特性、气液分散性能、吸气特性及气液传质特性.分析了反应器内水平及竖直位置上的流型特征及溶氧传递性能,结合实验数据及经验关联式对比分析了对气含率及吸气速率的预测作用.结果表明,六叶轮转子及其配置的气体分布器可以获得较均匀的气液混合,气含率及吸气速率的预测与实验值偏差分别为5.2% 和17.6%,模拟发现在反应器底部近壁处溶氧及混合效果不佳.