氯碱电解槽内压力波动的混沌分析及流型识别

为研究氯碱电解槽内气液两相流动的压力波动特性和流型特点,对冷模电解槽阳极室内循环板上开口处的压力信号进行了混沌特性分析;利用高速摄像仪照相法及Kolmogorov熵下降法对流动形态进行了识别,绘制了流型图;利用流型图对不同电流密度下的两相流型进行了判定。结果表明,电解槽压力信号的吸引子具有分数维数,当电流密度大于6 kA·m~(-2)时,Lyapunov指数大于0,说明电解槽内两相流动具有混沌特性;对于测压点位置及电解槽下部,当电流密度小于5 kA·m~(-2)时,分别为射流充分发展段和孤立气泡流;电流密度为5～8kA·m~(-2)时为射流过渡段和合并气泡流;电流密度大于8 kA·m~(-2)时为射流的初始段和合并气泡流。     

氯碱电解槽阳极室内液相返混分析

氯碱工艺中离子膜电解槽内液相的返混程度在一定程度上反应了电解工艺的反应情况,以往研究表明,适当地提高液相返混程度,有利于电解工艺的发生。因此,可以利用电解槽流体混相程度来分析电解槽性能情况,通过实验分析液相和气相流量对混相程度的影响。实验结果表明,液相流量是影响电解槽流体返混程度的主要因素,且实验分析得到,最佳峰值为流量为2.5m L/min左右。实验结果可为电解槽优化提供理论依据。     

氯碱电解槽内压力波动的混沌分析及流型识别

为研究氯碱电解槽内气液两相流动的压力波动特性和流型特点，对冷模电解槽阳极室内循环板上开口处的压力信号进行了混沌特性分析；利用高速摄像仪照相法及Kolmogorov熵下降法对流动形态进行了识别，绘制了流型图；利用流型图对不同电流密度下的两相流型进行了判定。结果表明，电解槽压力信号的吸引子具有分数维数，当电流密度大于6 kA·m^-2时，Lyapunov指数大于0，说明电解槽内两相流动具有混沌特性；对于测压点位置及电解槽下部，当电流密度小于5 kA·m^-2时，分别为射流充分发展段和孤立气泡流；电流密度为5 ~ 8 kA·m^-2时为射流过渡段和合并气泡流；电流密度大于8 kA·m^-2时为射流的初始段和合并气泡流。     

气液逆流喷射式外环流反应器的液相返混特性

在气液逆流喷射式外环流反应器中,采用电解质脉冲示踪法对液相停留时间分布进行测量,考察不同操作条件以及液相进料位置对液相返混的影响。实验结果表明,随着射流速度u_j或表观气速u_g的增加,液相返混程度先减小后增大;当气速较低且u_j较大时,底部进料的液相返混程度大于喷嘴进料的液相返混程度;而在气速较低且u_j较小以及气速较高条件下,底部进料的液相返混程度小于喷嘴进料的液相返混程度。研究结果可为气液逆流喷射式外环流反应器中液相进料位置的选取及液相返混程度的调控提供指导。     

氯碱工业离子膜电解槽内气液两相流动特性

为验证数值模拟结果的正确性,建立了氯碱工业离子膜电解槽冷模实验装置,对电解槽内液体速度和气含率进行了实验测量,实验数据验证了模拟结果。利用实验和数值模拟方法对不同工况下气含率和气体体积分布进行了研究;对循环板上开口处膜侧瞬时压力进行了监测,分析了该处压力波动特性。结果表明,随着气液流量增大,电解槽内气含率增大,顶部气体滞留层增厚。当电流密度为10 k A×m~(-2)时,槽内气含率达到9.08%,为4.5 k A×m~(-2)时的近3倍。气体体积分数沿电解槽竖直方向逐渐增大,在膜与槽板夹角处最大。循环板上开口处膜侧压力信号波动明显,高频脉动主要由液体流动引起,低频脉动主要由气体流动引起。     

内过滤式喷射环流反应器混合特性研究

传统的喷射环流反应器应用于工业上的多相反应时一般采用外部分离,导致流程繁琐、能耗加大、甚至存在安全问题,本文在喷射环流反应器内设计了过滤式导流筒,以实现在反应器内进行多相反应和液固分离操作的连续化。用阶跃示踪法测定液相停留时间分布,考察了表观气速、过滤压力对该反应器混合特性的影响。结果显示:返混程度随表观气速的增大而增大;过滤压力增大,平均停留时间减小,返混程度增大,但过滤压力对返混的影响较弱。     

返混对气-固反应特性测试和活化能表征的影响

采用冷态研究和高温反应相结合的方法,探究了气-固反应过程中返混对反应特性和动力学的影响。首先利用脉冲示踪法考察微型流化床内的气体停留时间分布规律和气体返混特性,揭示床内径D、表观气速U_g、介质颗粒粒径d_p对床内气体返混程度的影响,并分析气体流动偏离平推流的程度,得到其最大程度接近平推流的操作范围。进而,选取活性焦燃烧这一典型气-固反应,分析微型流化床反应分析仪中不同程度的返混状态下等温燃烧的反应行为和活化能演变,再现了D、U_g、d_p对反应测试结果的影响,即：随着床径减小及表观气速和介质颗粒粒径的增大,反应器内产物气体经历的返混程度减小,使得产物气体近平推流的输出并被即时检测,获得更好揭示反应本质特性的反应活化能。活化能数值随返混程度的减少而增大,且更易达到稳定反应状态。     

多层三相流化床流动特性的研究

针对多层三相流化床进行冷模试验,以饱和KCl溶液为示踪剂,采用电导法测定不同液速、气速和固相浓度条件下液相流体在床内的停留时间分布曲线、平均停留时间。采用多釜串联模型得到模拟参数以及其返混特性随着各操作参数变化的情况。结果表明：液相速度对平均停留时间影响显著,随液速增大而急剧减小;气速和载体对平均停留时间影响较小,随着气速和载体量增加平均停留时间均呈下降趋势。液相返混程度随气相速度增加而增加,随液相速度和载体含量的增加而减小。     

电流密度对氯碱工业离子膜电解槽传递特性影响

为考察电流密度对氯碱工业中离子膜电解槽内流体传递特性的影响,利用流体力学计算软件,对不同电流密度下电解槽阳极室进行了数值模拟,得到了阳极室单个格栅内流体的速度、温度和浓度分布。以液体循环量、膜附近处速度的最大值、膜表面温度和浓度为指标,考察了不同电流密度下电解槽的运行情况。结果表明:随着电流密度的增加,电解槽内液体循环量增大,膜表面温度升高,盐水浓度降低;在电流密度为4.5 kA·m^-2的典型工况下,电解槽内平均温度为86.39℃,膜表面平均温度为87.40℃;当电流密度提高时,可以通过降低进口溶液温度,获得与典型工况相近的电解槽内平均温度和膜表面平均温度。     

短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。     

喷淋散射塔鼓泡区域的气液两相流动特性

为了探究喷淋散射脱硫塔鼓泡区域的气液两相流动特性,搭建了鼓泡塔实验台,在不同表观气速和气体分布器浸没深度的条件下进行了实验。实验结果表明:气体分布器表面形成的气泡直径约12 mm;气泡溢出液面时有小气泡形成,并随着返混的液相运动,且液相的返混剧烈程度与表观气速和气体分布器浸没深度正相关;液相在散射管管壁和鼓泡池壁面间形成大尺度循环;随着表观气速增大,气泡直径和气泡运动速度均增大,使得气含率增大,气液两相湍动加剧;随着气体分布器浸没深度增大,鼓泡床床层气含率降低,表观气速对气含率的影响效果减弱。实验结果对喷淋散射脱硫塔的设计和运行有一定参考价值。     

费托合成浆态床速度分布和浓度分布的模拟及其影响规律

提出了浆态床速度分布的一维流体力学模型和合成气液相浓度分布的二维扩散模型,用于描述浆态床液相返混对费托合成反应的影响。模型计算结果与示范工厂数据符合良好。计算表明,液相返混状态对合成气转化率有显著影响。利用模型考察了空塔气速对合成气转化率和空时产率的影响规律,随气速增加,合成气转化率单调下降,空时产率先增大后缓慢降低;塔径放大后,中心液速和液相循环流率都增大,浆料返混加剧,费托合成反应转化率降低。     

微型流化床内气体返混

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。     

离子膜鼓泡现象探析

我厂3万t/a离子膜烧碱工程于1996年9月8日开车,其中,离子膜电解槽为英国ICI公司产品,型号为FM—21SP,共36台,离子交换膜为美国杜邦公司生产的Nafion-90209。1997年4月30日,当电解槽在2kA/m~2的电流密度下运行时,电槽的平均槽电压突然由3.0V升高到3.08V,槽电压的升高,不是单台槽子在上升,而是整体上升,遂安排分析操作人员测量每台电解槽的出口淡盐水的     

鼓泡塔内气液两相湍流实验研究

介绍了研究鼓泡塔气液两相流的实验装置、实验方法。液相用激光多普勒测速技术(LDV)测量,气相用粒子示踪测速技术(PIV)测量。实验表明,轴向液相速度的径向分布呈塔中心峰值、壁面附近倒流形式,且与气相表观速度大小有关,当液相表观速度一定时,随气相表观速度增大而愈加陡峭,返混也剧烈。当表观液速与表观气速之比小于19．6时,返混区总是存在,且返混区大小与高度有关：当表观液遣与表观气速之比大于19．6时,返混消失,含气率分布由塔中心峰值转向壁面峰值。径向液相速度既与气相表现速度有关又与位置高度有关,在塔底部呈现负值,这意味着向塔轴心方向流动。随着塔高增加。流动方向逐渐转变为向塔壁方向,且又有明显的峰值。     

Kühni萃取柱连续相返混特性的研究

在直径72.45mm的K(?)hni萃取柱中,以甲基异丁基酮/H_2O为实验体系,用返流模型和稳态示踪技术,研究了连续相的返混.结果表明,随着涡轮转速增大,返混系数呈线性增大;在较低的转速下,分散相流速对返混影响不明显,随着流速增大,返混稍有减小;而随着连续相流速增大,返混明显减小.本文给出了连续相返混系数的经验关联式.     

Kühni萃取柱连续相返混特性的研究

在直径72.45mm的K(?)hni萃取柱中,以甲基异丁基酮/H_2O为实验体系,用返流模型和稳态示踪技术,研究了连续相的返混.结果表明,随着涡轮转速增大,返混系数呈线性增大;在较低的转速下,分散相流速对返混影响不明显,随着流速增大,返混稍有减小;而随着连续相流速增大,返混明显减小.本文给出了连续相返混系数的经验关联式.     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

化学法测定转鼓反应器气液相界面积

采用化学法对转鼓反应器内气液相界面积进行测定,考察了转鼓表面超重力因子、气体通量、液体通量对转鼓反应器内气液相界面积的影响。结果表明:反应器气液相界面积分别随超重力因子和液体通量的增大,先增大后趋于平缓;随着气体通量的增加,转鼓反应器内气液相界面积先增大然后减小;在液体通量为5 m3/(m2.h)、转鼓表面超重力因子为77、气体通量为398 m3/(m2.h)时,可获得最大的气液相界面积为0.058 m2,比相界面积为137 m2/m3,约为鼓泡反应器比相界面积的6.8倍。研究结果为转鼓反应器的优化设计和操作条件的选择提供了依据。