空气-石蜡直接接触换热特性实验研究

在间壁式换热器中石蜡因为其热导率低影响了蓄热系统的换热速率,采用石蜡与空气直接接触换热可大幅提高蓄热系统的换热速率。把常温的空气通过气体分布器注入熔融状态的石蜡(100~150℃)中,具体考察了表观气速、静液位高度和传热温差等参数对石蜡-空气鼓泡换热中体积传热系数与气含率的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,体积传热系数与气含率随之增大,并且对于气含率,在较低的表观气速下的增长速率更快;在实验条件下,增加静液位高度都只会导致体积传热系数与气含率的降低,而改变气液温差对体积传热系数的影响不甚明显。根据实验结果获得了石蜡与空气直接接触换热的体积Nusselt数经验关联式。     

垂直管内不互溶液滴群直接接触汽化传热

在一气升式外循环实验设备中研究了冷剂正戊烷与热流体水在垂直管内直接接触汽化传热过程。根据单液滴不互溶冷剂汽化关联式，推导出多液滴汽化过程中局部和平均体积传热系数表达式，表达式较好地解释了实验结果。讨论了冷剂表观流速、冷剂与热流体间的传热温差对体积传热量ｑｖ和体积传热系数ａｖ的影响；以及冷剂表观流速对冷却温差的影响。     

气固流化床外取热器内流动和换热特性分析

外取热器是维持催化裂化反应-再生系统热平衡和保持装置平稳运行的关键设备之一。外取热器的优化设计和合理调控,要求深入理解外取热器内的流动特性、换热特性及两者之间关系。在一套大型冷模热态实验装置上,分别考察了表观气速、颗粒质量流率对换热管附近的局部固含率和气泡频率、床层与换热管间传热系数的影响。结果表明:增加表观气速可以降低局部固含率、增加局部气泡频率、强化床层与换热管间换热;随着颗粒质量流率增加,局部固含率和局部气泡频率均增加;在较低表观气速下,增加颗粒质量流率不利于换热,而在较高表观气速下,传热系数随颗粒质量流率逐渐增加。不同流型下,气固流动特性对换热特性的影响不同。在鼓泡床流型下,过高的局部固含率不利于颗粒在换热表面的更新,增加换热管附近的局部气泡频率可以明显强化换热;而在湍流床流型下,换热管附近的局部固含率和气泡频率的增加,均使传热系数逐渐增大。建立了针对不同流型的换热经验关联式,预测值与实验值的平均相对偏差分别为6.9%和1.3%。     

固体装载率对局部相含率与液体速率的影响

在高径比(H/D=22.2)的气升式内环流反应器中,以空气-水-石英砂为物系,研究了固体装载率和表观气速对导流筒内局部固含率、下降区固含率、下降区液体速率的影响,以及导流筒内局部气含率、固含率随轴向高度的分布规律。结果表明,固体体积分数小于或等于1.0%时,导流筒内局部固含率和下降区固含率与表观气速无关;下降区液体速率随表观气速和固体装载率的增加而下降;固定表观气速,在固体体积分数小于或等于2.0%时,导流筒内气含率在轴向是均匀分布的。     

浆态鼓泡床新型锐孔分布器气含率分布

在空气-水系统中,应用双头电导探针法,测量了采用新型锐孔分布器时浆态鼓泡床中气含率的轴向分布和径向分布规律,考察了表观气速、分隔板和液体循环等因索对床层气舍率分布的影响.结果表明,在实验范围内,气含率随轴向高度的增加而增加,表观气速较大时,主体区径向气含率分布比较均匀;气含率随表观气速的增加几乎成直线上升;加入分隔板,局部气含率增大且分布均匀.在主体区,对多组实验数据进行回归分析,得出了不同表观气速下气含率分布的关联式,关联式计算值与实验值吻合良好.     

旋流气升式环流反应器的气含率轴向分布

为强化环隙气升式环流反应器(AALR)的流动、混合与传质性能, 提出了旋流气升式环流反应器(HALR)。在8.8L的HALR中, 以空气-水和空气-水-K树脂为实验物系, 在表观气速为0.47～2.31cm/s的范围内, 研究了表观气速、导流筒底边与反应器底面的间隙(简称底部间隙)、上升区轴向高度及固体装载量等因素对气含率的影响规律, 并与 AALR 进行了对比。结果表明:对于空气-水组成的两相物系来说, 在表观气速较小时, 旋流片对上升气泡有聚并作用;在表观气速较大时, 旋流片对气泡主要起破碎作用;气含率随着轴向高度的增加而增加, 增加的幅度随表观气速的增加而增加。对于三相物系, 表观气速较大时, 气含率随着固体装载量的增大而增大, 比两相物系气含率高;表观气速较小时, 两相物系的气含率略高于三相物系的。根据实验结果, 提出并拟合出了上升区局部气含率与轴向高度的预测模型:ε_g=(3.00×10^-4h+0.0276)U_g^0.615, 模型的预测值与实验值吻合较好, 平均相对误差为12%。     

气升式环流反应器在不同体系下的循环液速和局部气含率

在气升式环流反应器中,分别研究了空气—水、空气-0．1％乙醇水溶液和空气-水-活性污泥体系中的循环液速以及气含率随操作条件的变化规律。实验结果表明,循环液速随着表观气速的增加而增大,不同体系中的循环液速差别不大;导流筒内、外不同高度处的局部气含率均呈自下向上增大的趋势,且导流筒内部气含率高于导流筒外部的气含率。体系的聚并特性对平均气含率和局部气含率有较大影响。     

三相流体积传热系数的实验研究

本文以戊烷-水为研究物系，测定了气-液-液三相直接接触换热器内温度和压强的轴向分布，并依此数据对体积传热系数模型进行了求解，结果表明在气-液-液三相段内，体积传热系数随着轴向高度的增大而增大。但随着高度的增长其增大速率逐渐变小。而在相同条件下，体积传热系数随着分散相流量的增大而增大。     

旋流气升式环流反应器的局部气、固含率研究

新开发的有机玻璃制成的旋流气升式环流反应器高为2m、内径75mm,内部的导流筒(材料为PVC)高1.5m、内径30mm、壁厚1mm且装有10组扇形翅片。以空气-水为两相物系、空气-水-K树脂为三相物系,常温常压下,利用直接取样法和压差法测量了上升区局部的气含率、固含率,研究了不同底部间隙、不同固体装填体积分数下表观气速和轴向高度对上升区气含率、固含率的影响规律。结果表明:在均匀鼓泡流时上升区气含率随着表观气速的增大而增大,随着固体装载量的增加而下降;在非均匀鼓泡流时,三相物系的气含率高于两相物系的气含率。随着上升区轴向高度的增大,上升区局部气含率变化不大;底部间隙越大,气含率越小。在轴向高度较低时上升区固含率随着轴向高度的增大而减小,轴向高度较高时上升区固含率基本保持不变。     

高长径比三相内环流反应器中相含率的分布研究

在长径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,根据无因次准数建立了气含率、固含率的预测模型,考察了在不同粒径下上升区气含率、下降区气含率和上升区固含率、下降区固含率随表观气速的变化规律和不同固体体积分数下轴向固含率的分布情况。结果表明：不同粒径下上升区和下降区气含率均随表观气速的增大而增大;当粒径（ds）≤0．3mm时,上升区固含率随表观气速的增加呈平缓趋势,下降区固含率随表观气速的增加而增加,当0．3mm〈d。≤1．2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势,下降区固含率随表观气速的增加而下降;不同固体体积分数下的固体颗粒的固含率随着轴向高度的增大而变化平缓,能够均匀的分布在反应器中;气含率和固含率的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6．32％、4．56％。     

鼓泡床反应器内流动与传质行为的研究进展

总结了有关浆态鼓泡床反应器内流动、混合用气液传质特性的研究成果,详细地介绍了鼓泡床反应器内气含率、液速、液体轴向扩散系数、传质系数的测量方法,阐述了鼓泡床反应器性能的主要影响因素,如系统压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流动、液相混合和传质特性的影响,并对鼓泡床反应器的应用前景进行了详述.     

Experimental determination of gas holdup and volumetric mass transfer coefficient in a jet bubbling reactor

The hydrodynamics and mass transfer characteristics of a lab-scale jet bubbling reactor(JBR) including the gas holdup, volumetric mass transfer coefficient and specific interfacial area were assessed experimentally investigating the influence of temperature, p H and superficial gas velocity. The reactor diameter and height were 11 and 30 cm,respectively. It was equipped with a single sparger, operating at atmospheric pressure, 20 and 40℃, and two p H values of 3 and 6. The height of the liquid was 23 cm, while the superficial gas velocity changed within 0.010–0.040 m·s~(-1) range. Experiments were conducted with pure oxygen as the gas phase and saturated lime solution as the liquid phase. The liquid-side volumetric mass transfer coefficient was determined under unsteady-state oxygen absorption in a saturated lime solution. The gas holdup was calculated based on the liquid height change, while the specific interfacial area was obtained by a physical method based on the bubble size distribution(BSD) in different superficial gas velocities. The results indicated that at the same temperature but different p H, the gas holdup variation was negligible, while the liquid-side volumetric mass transfer coefficient at the p H value of 6 was higher than that at the p H = 3. At a constant p H but different temperatures, the gas holdup and the liquid-side volumetric mass transfer coefficients at 40℃ were higher than that of the same at 20℃. A reasonable and appropriate estimation of the liquid-side volumetric mass transfer coefficient(kla) in a pilot-scale JBR was provided which can be applied to the design and scale-up of JBRs.     

鼓泡反应器中幂律型流体流动与传质特性

很多废水处理装置涉及非牛顿型流体中的多相流动和传质问题,研究其中的气液传质过程有助于实现装置的优化设计和高效节能运行。以鼓泡反应器内清水和不同质量分数的羧甲基纤维素钠（CMC）水溶液为实验对象,分别研究气相表观气速和液相流变特性对气泡尺寸分布、全局气含率和体积氧传质系数的影响。实验结果表明,液相的流变特性对其传质特性参数均有较大影响。与清水相比,CMC水溶液中气泡平均直径和分布范围更大;清水和CMC水溶液的全局气含率均随表观气速的增加而增大;CMC水溶液的体积氧传质系数随CMC水溶液质量分数的增加而减小。基于实验研究,得出修正的体积氧传质系数公式和适用于幂律型非牛顿流体流动体系氧传递过程的无量纲关联式,可很好地实现非牛顿流体流动的废水处理装置中气液传质参数的计算。     

错流旋转填料床的质、热同传性能及传热机理研究

为了研究错流旋转填料床的质、热同传性能,采用热空气-氨水体系,考察了进气温度T、超重力因子β、液体喷淋密度q和气速u对错流旋转填料床传热性能的影响,在相同实验条件下对比了丝网填料和乱堆填料的传热性能。研究结果表明：气相体积传质系数k_ya_e、体积传热系数(Ua)_s随进气温度、超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热效率ε、传热面积A随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大而增大;传热系数K随超重力因子、气速、液体喷淋密度的增大几乎不变,从而揭示了错流旋转填料床强化气液直接传热的机理是通过提高传热面积进而提高体积传热系数,而不是显著提高传热系数。在相同条件下,以丝网为填料时k_ya_e和(Ua)_s分别是乱堆填料的1.09~1.63倍和1.24~3.53倍。     

合成气制二甲醚三相淤浆床反应器气含率

引　言二甲醚是近年来国内外竞相开发、性能优越的碳一化工产品 .二甲醚不仅是从合成气制汽油、低碳烯烃的重要中间体 ,而且也是多种化工产品的重要原料 .同时由于二甲醚具有优良的燃烧性能和高的辛烷值 ,作为柴油的替代品日益引起人们的普遍关注 .随着对环境和生态平衡保护力度的加大 ,二甲醚的作用和地位将越来越重要 .与传统的采用固定床反应器以甲醇为原料脱水生成二甲醚的生产工艺相比 ,以煤或天然气为原料 ,通过合成气在三相淤浆床反应器中一步法合成二甲醚新工艺具有巨大的优越性 .三相淤浆床反应器流体力学性质十分复杂 ,目前还不能…     

气升式外环流反应器的体积传质系数

以Higbie的渗透理论和Kolmogoroff的湍流理论为基础,提出了计算液体旋涡在气液相界面暴露时间的方法,并建立了预测体积传质系数的模型方程。在不同管径比下的外环流反应器中,对空气 水体系测定了操作气速对体积传质系数、循环液速和气含率的影响。将体积传质系数与表观气速和下降管与上升管的面积比按幂函数进行关联,其预测值和试验值符合较好。     

Gas Holdup and Solid‐Liquid Mass Transfer in Newtonian and non‐Newtonian Fluids in Bubble Columns

Gas holdup and surface‐liquid mass transfer rate in a bubble column have been experimentally investigated. De‐mineralized water, 0.5 and 1.0% aqueous solutions of carboxy methyl cellulose (CMC), and 60% aqueous propylene glycol have been used as the test liquids. Effects of column diameter, liquid height to column diameter ratio, superficial gas velocity and liquid phase viscosity on gas holdup and mass transfer rate are studied. Generalized correlations for the average gas holdup and wall to liquid heat and mass transfer coefficients are proposed. These are valid for both Newtonian and pseudoplastic non‐Newtonian fluids.     

HYDRODYNAMICS, MIXING AND MASS TRANSFER IN A LARGE DIAMETER JET BUBBLE COLUMN

Experimental measurements for the axial and radial variations in gas holdup, axial and radial dispersion coefficients, volumetric gas-liquid mass transfer coefficient and liquid phase circulation velocity in a cone of a large diameter (122 cm) jet bubble column are presented. Two diameters of the inlet nozzle, namely 10.16 cm and 15.24 cm, three superficial gas velocities (based on cylinder diameter), 3 cm/sec, 6 cm/sec and 8 cm/sec and two superficial liquid velocities, 0.3 cm/sec and 0.6 cm/sec, are examined. The experimental data are obtained for two different bed heights.

The experimental data showed significant axial and radial variations in the gas holdup. The volumetric average gas holdup was higher at higher gas velocity and larger nozzle diameter and somewhat higher at lower liquid velocity. The axial dispersion was high while the radial dispersion was low. The volumetric gas-liquid mass transfer coefficient was larger at higher gas velocity and larger nozzle diameter. The liquid recirculation begins only at the upper end of the cone. In general, experimental data indicate that a jet bubble column provides a high degree of mixing and transport rates.     

Flow regimes and mass transfer in counter-current bubble columns

Counter current bubble columns have the feature that specific gas-liquid interfacial area and gas holdup are larger than those for standard and cocurrent bubble columns. In this study, three different flow regimes, churn-turbulent flow, bubble flow and bubble down-flow, have been observed in a counter-current bubble column and correlations of gas holdup and volumetric liquid-phase mass transfer coefficient have been proposed as functions of operating variables such as the superficial velocities of gas and liquid, the gas-liquid slip velocity and the liquid properties.