入口结构对18 m气固循环流化床提升管内颗粒流动特性的影响

在高18 m、内径80 mm的循环流化床提升管内分别考察了三种入口结构对颗粒流动特性的影响。实验结果表明:入口结构主要影响提升管底部区域的颗粒流动特性,不同入口结构对颗粒流动影响不同。相同操作条件下,当采用多管式入口结构时,径向上提升管底部区域的颗粒浓度分布相对均匀,轴向上颗粒能够迅速达到充分发展状态,充分发展高度在9 m左右;当采用多孔板入口结构时,径向上提升管底部颗粒浓度差别较大,轴向上颗粒发展较慢,需要更高高度才能达到充分发展,充分发展高度约为11 m;当采用单管式入口结构时,径向上颗粒浓度分布和轴向上颗粒充分发展速度均处于前两者之间,底部颗粒浓度径向分布仍为中间稀、边壁浓的不均匀分布,颗粒浓度轴向充分发展高度约为10 m。     

密相提升管内颗粒速度与颗粒浓度分布及发展特性

为研究高密度提升管气固流动结构分布规律及其发展特性,在自建的18 m高循环流化床提升管系统中测定了不同气速和固体循环速率下的颗粒浓度分布.结果表明,在低颗粒循环速率(Gs)下颗粒浓度由底部浓相区单调降低并趋于稳定;在高Gs下颗粒浓度在底部浓相区内先增加后降低,沿提升管向上趋于稳定的发展趋势.径向上颗粒浓度分布呈现"中心...     

新型催化裂解快速流化床内颗粒浓度分布实验研究

催化裂解反应器是石油深度加工的重要反应器,采用实验方法对新型快速床催化裂解反应器内气固两相流动特性进行了研究,测量了床层内颗粒浓度分布,考察了气体流量对床层轴向和径向上颗粒浓度分布的影响。实验结果表明,床层轴向上颗粒浓度呈现下部稠密上部稀疏的分布规律;当气体流量较低时轴向颗粒浓度呈S形分布,高气量下呈现指数函数形分布,即反应器上部区域的颗粒浓度分布影响较小;床层径向颗粒浓度分布呈现中心稀、边壁浓的特征,且增大空气流量,径向分布趋于均匀。在一定操作条件下,与传统提升管相比,新型快速床颗粒浓度显著提高。     

喷嘴进料对提升管进料段内颗粒浓度分布的影响

在提升管冷模实验装置上考察了喷嘴进料对颗粒浓度径向分布的影响规律. 结果表明,提升管进料段内存在3种形式的颗粒浓度径向分布,在距喷嘴较近的轴向区域,颗粒浓度沿径向呈明显的W形分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很强;在距喷嘴较远的轴向位置,颗粒浓度沿径向呈环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响很弱;在二者之间,颗粒浓度沿径向呈弱W分布,喷嘴进料对颗粒流动具有一定影响. 随着喷嘴气速的增加或预提升气速的减小,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环-核分布,喷嘴进料对颗粒流动的影响逐渐减弱. 采用喷嘴射流动量与预提升来流动量比Mj/Mr考察了操作参数及装置结构尺寸对提升管进料段内颗粒浓度径向分布的综合影响. 在实验范围内,动量比对进料段内颗粒浓度径向分布及颗粒流动行为具有明显的影响规律,随着动量比的增加,颗粒浓度逐渐由W形分布转变为环－核分布,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响逐渐减小. 在动量比小于4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.675~1.075 m间的轴向位置基本结束;在动量比增大为4.21时,操作参数及装置结构尺寸对颗粒流动的影响在H=0.375~0.675 m间的轴向位置便已基本结束.     

下行床入口段流体力学及混合行为

针对工业快速反应对气固进料混合过程的特殊需求,在内径140mm,高4.7m的并流下行循环流化床中,采用双光路光纤密度测量技术及磷光颗粒示踪技术,对两种不同的气固并流下行床分布器结构的流动及颗粒混合行为进行了研究．分别考察了人口段颗粒浓度径向分布沿轴向的变化规律及颗粒轴径向混合行为．实验结果表明,下行床入口段颗粒浓度随轴向位置的变化可划分为分布器影响区及湍流控制区．分布器结构对入口段颗粒密度分布有较大影响,利用侧向喷嘴并降低入口处颗粒的射流可以获得较好的径向均布效果．侧向喷嘴的分布器结构更有利于颗粒的径向混合．还考察了入口结构对颗粒混合的影响因素,给出了对Pe_a及Pe_r的关联式．     

内设/不设中心管两股催化剂混合预提升结构内的颗粒浓度分布

采用光纤探针分别考察了内设与不设中心管两种预提升结构内FCC催化剂颗粒浓度的分布,并引入径向不均匀指数RNI(ri)对颗粒浓度径向分布的不均匀性进行定量分析. 结果表明,在扩径区(中心管区),内设中心管的预提升结构内颗粒浓度梯度较大;而在提升管入口区,内设中心管的预提升结构内颗粒浓度分布更均匀;相比传统结构,无中心管的提升管入口区内RNI(ri)约减小65%,内设中心管时约减小75%;给出了内设中心管的预提升结构内平均固含率轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好,可供工程设计参考.     

喷管型气体分布器和颗粒物性对提升管内气固两相流动行为的联合影响

在两套均采用喷管型气体分布器的循环流化床实验装置上分别采用河沙和FCC颗粒系统测试了提升管内的轴向压力梯度分布和局部颗粒浓度,研究了气体分布器结构和颗粒直径及密度对上行气固两相流动行为的共同影响.结果表明,当表观气速小于8.0 m·s-1时,粗重的河沙颗粒在喷管型气体分布器效应逐渐消失的过程中会出现不同程度的减速,而细轻的FCC颗粒在本实验的测试范围内则不存在上述现象.当采用喷管型气体分布器时,粗重的河沙颗粒在加速过程中,不仅其颗粒浓度显著高于FCC,而且其沿径向分布的不均匀程度也明显大于FCC;但在充分发展段,河沙的颗粒浓度不仅比FCC低,而且在径向的分布也更为均匀.     

大型快速流化床内颗粒浓度和速度分布的实验研究

采用压力巡检仪和光纤测量仪,对直径300 mm的快速流化床反应器内气固两相流动特性进行了研究,考察了操作条件对快速床轴、径向催化剂颗粒浓度、颗粒速度、筛分分布等的影响. 结果表明,当操作气速提高到2.0~2.6 m/s,相应的催化剂循环强度在60~160 kg/(m2×s),床层密度可保持在50~650 kg/m3;催化剂颗粒浓度在径向上呈中心低、边壁高的不均匀分布,轴向上各径向位置在颗粒加速区逐渐降低、在充分发展区趋于稳定、随表观气速增大或催化剂循环强度减小而减小,且径向均匀性变好,在r/R<0.7的中心区域趋于一致;颗粒速度在径向上呈中心高、边壁低的抛物线形分布,且随操作气速增大或催化剂循环强度增大而更加明显.     

高密度下行床颗粒浓度与颗粒速度分布特性

为了考察下行床内颗粒浓度和速度的分布特性以确定高密度操作条件,在自建的气固下行床冷模装置(总高度18 m,下行床高8 m,直径80 mm)中,测定了不同表观气速(U_g)和颗粒循环速率(G_s)下床内颗粒浓度和颗粒速度的轴径向分布。结果表明,在G_s为700 kg/(m²·s)时,下行床内平均颗粒浓度达0.12,整个下行床内均实现了高密度操作。下行床内颗粒浓度径向分布受入口结构影响显著,近下行床入口处(z为0.08 m),颗粒浓度"中间高边壁低",下行床内颗粒浓度轴向分布总体上呈现"上浓下稀"的形式。截面平均颗粒速度随轴向位置的增加而不断降低,表明下行床内气固流动结构的发展特性。当颗粒循环速率较小时,如G_s为100 kg/(m²·s),颗粒在入口区先加速,随后进入恒速度区,截面平均颗粒速度随表观气速的增加而显著增加。当颗粒循环速率较大时,如G_s为500 kg/(m²·s),实验范围内表观气速对平均颗粒速度的影响很小。下...     

内设中心管的两股催化剂混合预提升管内颗粒速度的分布

采用PV-6D光纤速度仪考察了内设/不设中心管两种催化裂化提升管预提升段内FCC催化剂颗粒速度沿轴、径向的分布,引入径向不均匀指数RNI对颗粒速度的径向不均匀性进行定量分析,并与传统结构内的RNI进行了对比. 结果表明,设中心管的提升段内颗粒速度沿轴向分布更均匀,两种结构内颗粒速度沿径向分布均匀程度扩径区(中心管区)设中心管结构<无中心管结构,底部区及提升管入口区设中心管结构>无中心管结构;相比传统结构,无中心管提升段内RNI减小40%,设中心管减小60%. 给出了设中心管提升段内截面平均颗粒速度轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好,可供工程设计参考.     

带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构中的流动特性

在一套大型冷模实验装置上,采用光纤测量系统考察了带中心管的两股催化剂颗粒混合预提升结构内固含率和颗粒速度的分布,以径向不均匀指数对固含率和颗粒速度径向分布进行定量描述,并与不同的预提升结构进行对比. 结果表明,带中心管的预提升结构沿轴向可分为底部、中心管和提升管区,各区固含率和颗粒速度径向分布均匀程度为提升管区>底部区>中心管区;提升管区内1.3~2.3 m间存在一固含率和颗粒速度分布均匀截面;与无中心管的预提升结构和传统预提升结构相比,本实验结构固含率径向分布更均匀,有利于油剂接触;确定了截面平均固含率的影响参数为终端固含率es', Froude数Fr和轴向高度/提升管直径h/Dr;由实验数据回归出预提升结构内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

流化床提升管中脱油油砂颗粒固含率的轴向分布

针对油砂直接流化焦化工艺,建立了一套大型冷模提升管循环流化床装置. 粒度测试结果表明,该脱油油砂颗粒属宽筛分混合颗粒,且细颗粒含量较多,粒度分布宽(1~>2000 mm). 在不同操作条件下,采用多点压力密度测量仪测定了提升管内压力梯度和截面平均固含率沿提升管轴向的分布. 实验结果表明,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率随表观气速增大而减小,随颗粒循环强度增大而增大;固含率沿提升管轴向的分布为C型,即上下两端较浓、中间较稀,且沿提升管自上而下分为3个区域：颗粒约束返混区(>12 m)、充分发展区(4~12 m)和颗粒加速区(<4 m);在相同操作条件下,脱油油砂颗粒在提升管内截面的平均固含率高于FCC颗粒,加速段与约束返混段长度大于FCC颗粒;确定了脱油油砂颗粒在提升管内截面平均固含率的影响参数为ep', Fr及Hr/Dr;通过实验数据回归得到提升管内截面平均固含率轴向分布的经验模型,计算与实验值吻合较好.     

多段分级转化流化床提升管速度场的研究

针对流化床煤气化过程中需要长气固接触时间和高固体浓度,开发了耦合灰熔聚流化床和提升管的多段分级转化流化床。为了研究多段分级转化流化床提升管中局部颗粒速度的径向、轴向分布,在不同的操作条件下,采用PV-6型颗粒速度测量仪在冷态实验装置中系统测定提升管内局部颗粒速度。实验结果表明:提升管中任何径向、轴向位置的颗粒速度随着操作气速的增大而增大,随循环量的增加而减小。操作条件对中心区颗粒速度变化的影响明显高于边壁区。颗粒的加速首先发生在提升管中心区域,然后向边壁区域扩展。颗粒速度径向分布的不均匀性沿轴向逐渐增大,并且受操作气速影响比较大。     

耦合流化床提升管内固含率径向分布及沿轴向的发展

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,结合提升管与流化床的特点,建立了一套提升管与流化床耦合反应器大型冷态实验装置. 在不同操作条件下,采用PV-4A型光纤密度仪测定了提升管内固含率沿径向的分布规律. 结果表明,固含率径向分布整体上呈现中心小、边壁大的环-核结构分布特征;沿轴向向上,各径向位置上的固含率在颗粒加速区逐渐降低,在充分发展区趋于稳定,在颗粒约束返混区又有所升高;各径向位置上的固含率随表观气速增大或颗粒循环强度减小而减小,且均匀性变好;提升管上部流化床内颗粒静床高度只对颗粒约束返混区内固含率径向分布有影响,而对颗粒加速区和充分发展区的固含率径向分布影响较小;当表观气速较低或颗粒循环强度较大时,颗粒约束返混区上部局部固含率最大值出现在无因次半径f=r/R=0.7附近,此时局部无因次固含率es*=es/ 沿轴向在H>5.33 m时不再具有相似性;通过比较径向不均匀指数,得到轴向各区固含率径向分布趋于均匀的程度依次为：充分发展区>颗粒约束返混区>颗粒加速区. 利用实验数据回归出了局部固含率径向分布关联式,其平均相对误差在6%以内.     

高长径比环流反应器中气、固含率的轴向分布研究

在高长径比(H/D=22.2)内环流反应器中,常温常压下,以空气-水-石英砂为物系,研究了表观气速和固体装载量对平均气含率、下降区气含率、上升区固含率、下降区固含率的影响,以及上升区气含率、固含率随轴向高度的分布规律.结果表明:平均气含率、下降区气含率随着表观气速的增加而增加,随ω(固体)增大而下降,ω(固体)≤2.6...     

新型气固环流反应器内颗粒流动的CFD模拟

采用基于结构的EMMS曳力模型,对一种新型气固环流反应器中的颗粒流动特性进行数值模拟。模拟的固含率与颗粒速率预测值与实验数据具有一致性,验证了模型的适用性。模拟结果表明：导流筒表观气速增加,导流筒中的床层固含率减小,向上的颗粒速率增加;反应器中存在多个颗粒逆流和错流混合区,促进了颗粒沿径向的混合;槽孔处,导流筒中的固含率以及颗粒速率分布更加均匀,而环隙中存在颗粒浓集区;进料区在0≤L≤0.058 m,0< r/R< 0.3的范围内固含率增加并且颗粒存在明显的径向流动。     

Behavior of gas bubbles in a concentric cylindrical airlift column

Using a light transmission optical probe, the effect of superficial gas velocity on bubble properties(bubble size, bubble rising velocity, bubble frequency and local gas holdup) at axial and radial positions was determined in the riser and the downcomer of a concentric cylindrical airlift reactor. The vertical bubble length, the bubble rising velocity and the bubble frequency at axis in the riser increased with increasing superficial gas velocity and the bed height. The radial distribution of the local gas holdup, vertical bubble length and bubble frequency in the riser and the downcomer were found to be non-uniform. The profiles of the local gas holdup, vertical bubble length and bubble rising velocity in the riser were shown as parabolic shapes. The local gas holdup, the vertical bubble length and the bubble frequency in the downcomer changed with superficial gas velocity and the distance from the top of the draft tube.     

提升管-流化床耦合反应器颗粒约束返混区的流动特性及约束作用分析

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃工艺,在一套提升管-流化床耦合反应器大型冷态实验装置上,系统研究了提升管出口段的颗粒流动特性,通过定义约束指数R_i（R_i为颗粒约束返混区实际截面平均固含率与理论截面平均固含率之比）定量反映提升管出口分布器及流化床层的约束作用。结果表明,与常规提升管相比,耦合反应器提升管出口存在一个颗粒约束返混区,其长度主要受表观气速、颗粒循环强度及上部流化床内颗粒静床高度影响;由于出口设置了倒锥形分布器,使得颗粒约束返混区靠近提升管出口区域在表观气速较低和颗粒循环强度较大时,局部固含率最大值出现在量纲 1半径Φ＝0.7处;颗粒约束返混区的约束指数在靠近出口的过程中逐渐增大,气固流动受到分布器及上部流化床层的约束作用亦逐渐增强。