湍动浆态床流体力学研究(Ⅱ)轴向浆料速度的径向分布

对高气速、大塔径条件下的湍动浆态床轴向速度进行了实验测定,提出了简化的一维流体力学模型。实验结果表明：固含率对浆料速度的径向分布影响不明显;采用中心速度和塔径作为参考量,则不同条件下的量纲1流速分布相似;高气速下中心速度随塔径的变化可近似用Nottenkamper关联式描述。提出了一维流体力学模型预测浆态床液速分布,模型计算结果与实验数据符合较好,模型较好地反映了浆态床反应器内液速分布随表观气速、固含率及塔径变化的规律。     

鼓泡浆态反应器的传热研究

在内径为98 mm 的鼓泡浆态反应器内,研究了浸没表面与浆液之间的传热特性。在实验的条件下,模拟了浆态床 F—T 合成的操作。三相体系为氮气-液体石腊-石英砂所组成。实验中考察了不同因素对传热模系数的影响。采用95组实验数据进行关联,建立了新的传热模系数关联式:h/u_GρC_P=0.179[(u_G)~3ρ/ug]~(-0.25)(C_Pu/k)~(-0.66)该方程适用于气—液两相体系及小粒子三相浆态体系。     

循环浆态床气体停留时间分布的研究

研究了循环浆态床气流段的气流量和液体循环量对气体停留时间分布的影响。实验结果表明,减小气流量或者增加液体循环量,气体返混程度变大,气体平均停留时间增长。建立模型模拟循环浆态床气流段气体停留时间分布,得到停留时间分布密度函数和物料分率p与射流相似准数Ct和气液动量比准数Cr的关联式。从关联式看出,气液动量比准数Cr越小,物料分率p越大,表明循环液体流量越大,气体停留时间分布越接近于全混流。这一结论与实验结果相符。     

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。     

浆态床渣油加氢催化剂研究进展

介绍了近年来国内外浆态床渣油加氢催化剂的研究进展。分别阐述了3种浆态床加氢催化剂(固体粉末催化剂、水溶性和油溶性催化剂)的研究现状,系统分析了影响浆态床渣油加氢催化剂反应活性的重要因素。最后展望了浆态床加氢催化剂的发展前景和仍需解决的技术问题。     

催化剂初始装填量及补充量的计算方法

催化剂在浆态床反应器中长周期运行后,会因为被氧化,磨损等原因导致活性中心减少,催化剂平均活性降低,反应转化率下降,产品产量降低。为了维持产品产量稳定,需要定期向浆态床中添加新鲜催化剂,同时抽出部分催化剂浆液。浆态床中催化剂持有量和催化剂定期补充量,抽取量等直接影响浆态床的运行,因此,需要建立浆态床催化剂补充量计算方法,指导浆态床催化剂定期补充和抽取催化剂的操作。     

浆态床蒽醌加氢反应器模拟

基于浆态床二维轴对称流体力学模型,结合蒽醌加氢反应动力学、物质输送与扩散方程和热量传递模型,构建了浆态床蒽醌加氢反应器数学模型,获得了浆态床内气液固三相流场分布、组分浓度分布、温度分布及停留时间分布等关键信息。模拟结果表明：浆态床内物料呈现中心向上而壁面向下的循环流动特征,流体返混强烈,液体的返混状态接近于全混流,气体返混状态近似为两级等体积全混流;反应物浓度或催化剂含量表现为底部高而顶部低的分布规律,浆态床底部的反应更为强烈,气液传质特性对于蒽醌加氢反应有较大影响;受进料影响,温度分布为底部低而顶部略高,通过夹套换热,全塔温差控制在5 K以内。反应器模型的模拟结果与工业数据符合较好,可应用于工业装置的设计及优化。     

费托合成浆态床反应器数值模拟研究进展

模型化研究可为费托合成浆态床反应器的放大和设计提供理论支持,文中总结了现有的费托合成浆态床反应器模型,认为双泡模型比单泡模型增加了更多的物理背景且更加合理地预测反应物和产物及温度的变化等,但通过不同实验方法获得的经验关联式使用范围较窄,因此建立从机理角度出发的模型是必要的;计算流体力学(CFD)可以预测速度和浓度的分布以及内构件周围的流场,但大型反应器需要大量的网格,造成计算时间增加,建立考虑介尺度或者细网格结构关联粗网格的多尺度曳力和湍流黏度模型进行粗网格模拟是必要的;鉴于二者的优缺点提出了二者协调的模型框架。     

循环浆态床羟基合成应用研究

循环浆态床结合了浆态床良好的传热性能和气流床高效的传质性能.今对循环浆态床内气液传质系数和固体浓度分布进行了考察,结果表明随着循环流量的增大容积传质系数也增大,在相同循环量的情况下气量越大容积传质系数也越大,并且由于催化剂浆料在反应器内循环,因此当循环量在200 L·h-1、气量在2 L·min-1以上的情况下,整个床层的固体浓度分布已接近初始固含率.同时对循环浆态床反应器羟基合成反应工艺条件进行了考察,结果表明温度在240～260 ℃催化剂具有较好的活性,而反应压力的升高,气体流量的增加和浆料循环流量的增加都有利于羟基合成反应的进行.     

浆态床甲烷化工艺和Ni基催化剂的研究进展

综述了浆态床合成气甲烷化工艺技术发展现状,重点介绍了浆态床甲烷化Ni基催化剂的制备方法、助剂、载体、焙烧条件和镍盐前体等影响因素的研究进展,提出了浆态床甲烷化工艺和催化剂技术面临的机遇和挑战。     

反应器型式对有机废水光催化氧化特性的影响

采用浆态光催化反应器对苯甲酰胺模拟废水光催化氧化特性进行了研究。探讨了催化剂的用量、污染物的初始浓度、反应时间、空气流量等操作参数对鼓泡式、循环式等形式的浆态光催化反应器内苯甲酰胺模拟废水光催化氧化特性和动力学的影响。结果表明,浆态光催化降解过程中污染物的浓度越低效果越好,催化剂的用量存在适当值;不同操作条件对不同形式浆态光催化反应器内苯甲酰胺模拟污染物光催化降解性能的影响不近相同。在所考察的污染物初始浓度、催化剂量和空气流量范围内,反应器中苯甲酰胺光催化氧化速率均符合拟一级动力学方程。与鼓泡式浆态光催化反应器相比,所开发的循环式浆态光催化反应器在空气作用下能更好地改善催化剂与气体和废水的混合效果,进而提高了光催化剂的利用效率,能更有效降解有机污染物;而且空气利用量小,能够大大降低浆态床光催化氧化处理废水的运行成本。     

浆态床反应器内固体轴向悬浮特征的实验研究

实验研究了浆态床内固体的轴向悬浮特征。为了实现气体均布和优化固体悬浮效果,在浆态床内设置辐射式锐孔气体分布器和内部构件。实验以空气-水-玻璃微珠系统为研究对象,考察了初始固体质量含率(固含率)为0～30%,表观气速1～25 cm/s,液体循环量0～230 L/h对固体浓度均布的影响。从固体轴向分布的均匀性分别比较辐射式锐孔气体分布器和1 mm多孔板气体分布器的性能以及有/无内部构件的性能。结果表明,高表观气速下,辐射式锐孔气体分布器明显优于1 mm多孔板,内部构件明显优于无内部构件。由实验结果得知,该反应器适用于操作气速大于等于10 cm/s,最佳循环量为80～150 L/h,临界悬浮气速为10～12 cm/s,催化剂装填量的增加对临界悬浮气速影响不大。     

Particle Deposition in Laminar Crossflow Filtration of Power Law Slurry

Abstract

A theoretical model for predicting the probability of particle deposition in crossflow filtration of power law slurry is developed. The model is based on the critical angle of friction between depositing particles, which can be estimated by analyzing the forces exerted on the particles. The binding force between the particles due to polymer adsorption plays an important role in the particle deposition. The smaller the flow behavior index of the slurry is, the larger the binding force and the higher the probability of particle deposition will be. The effects of operating conditions such as the crossflow velocity of the slurry and the filtration rate on the probability of particle deposition are also discussed in depth. The calculated values of the probability of particle deposition agree fairly well with the experimental data. A program is designed to simulate the packing structure and the porosity at the cake surface. The porosity increases not only with the increase of the crossflow velocity, but also with the increase of the flow behavior index of the power law slurry.     

煤柱在煤浆管道中输送的运动特征

介绍以煤浆为载流 管道中输送煤柱的实验室研究，包括煤柱的起动，悬浮，运动速度，管道压力损失及煤浆浓度和煤柱状比对管道流的影响，揭示出煤柱在煤浆管道内的运动特征以及进一步研究和开发的指导意义。     

浆态床中二氧化碳加氢合成甲醇

研究了浆态床中自行开发的LP201甲醇合成催化剂上二氧化碳加氢合成甲醇的过程。探讨了不同操作条件,如温度、压力、气体空速、原料气配比等对反应的影响;考察了该催化剂在浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中的稳定性。实验结果表明,浆态床二氧化碳加氢合成甲醇过程中主要产物为甲醇、CO和水;随温度的增加,CO2的转化率和甲醇产率呈现上升的趋势,但甲醇的选择性明显下降;压力的升高有利于CO2的转化率、甲醇产率以及甲醇的选择性提高;原料气空速的提高会增大甲醇产率,但同时降低CO2的转化率以及甲醇的选择性;CO2的转化率、甲醇收率以及甲醇的选择性在氢碳摩尔比4～5获得极大值。LP201催化剂的寿命考察结果表明,该催化剂具有较好的催化活性和稳定性。     

Oil Sand Slurry Conditioning Tests in a 100 mm Pipeline Loop

Fresh oil sand slurries were prepared and tested in a 100 mm pipeline loop at 37°C to evaluate the effects of average flow velocity, slurry air content and air injection method (bulk or continuous) on slurry conditioning, i.e., the evolution of the in‐pipe processes that promote gravity separation of bitumen‐air aggregates from the remainder of the slurry. The potential separability of the bitumen in the slurry was evaluated using a slurry Conditioning Index (CI). When no air was injected into the slurry, the slurry CI was low (≤0.1), indicating very poor conditioning. An increase in flow velocity from 2 m/s to 4 m/s and injection of 5% air (by volume) dramatically improved the slurry CI, to ～ 0.6. The improved slurry conditioning observed at the higher velocity is explained by the increased force of fluid turbulence experienced by the particles and the greatly enhanced bitumen‐air contact.     

优化制浆工艺及其管理来提高煤浆质量

分析了水煤浆质量对气化及水煤气有效成分的影响,提出了"多碎少磨"降低制浆成本、提高煤浆质量、优化制浆工艺及其管理的方法和措施。并对Texaco水煤浆气化的合成氨工艺提高煤浆浓度后的效益进行了分析。