三相反应器的气含率与液速分布和数值模拟

研究了一定操作条件下的气液固三相鼓泡床反应器的气含率和液体轴向速度分布,讨论了气、液表观速度对气含率和液体轴向速度分布的影响,比较了三相与两相鼓泡床中气含率和液体轴向速度分布,用拟两相的双流体模型计算了三相鼓泡床中的气含率和液体轴向速度。结果表明,模拟结果与实验结果一致。     

气液固三相逆流湍动床流体动力学特性的三维数值模拟

基于多相流欧拉模型,应用计算流体动力学(CFD)软件Fluent 6.3,数值模拟了轻颗粒流、液体间歇方式进料的三维气液固逆流三相湍动床的流体动力学特性,考察了床内颗粒的轴径向速度和固含率分布规律。模拟发现:床内颗粒流化时存在颗粒的汇集行为;颗粒由床中心向壁面运动,中心附近颗粒径向速度大,壁面附近颗粒径向速度小;颗粒轴向速度分布不均匀,呈"两头小中间大"的趋势;固含率壁面附近高,中心附近低,并随轴向高度增加而减小;床内平均固含率随表观气速或液体黏度的增加而减小。     

鼓泡塔内气液两相流速度分布

用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）详细测量了气液鼓泡塔内气液并流和气液逆流时的流速分布。鼓泡塔内为复杂的三维流动。气液并流时，在升力作用下气泡集聚在塔中心区。气液逆流时，气泡集聚在塔壁面附近。中心速度较大且随着表观气速的增大而增大，同时径向速度梯度也随之增大。塔壁附近出现返混区，零轴向速度发生在相对半径ｒ／Ｒ＝０．７左右。气液逆流时，在气泡诱导下，壁面附近液体流速与主流区方向相反，出现向上的速度。本研究为鼓泡塔放大设计和数值模拟提供了可靠的参考数据。     

气液鼓泡床中气含率的实验研究

采用差压变送器测不同高度的床层塌落曲线 ,提出了根据此曲线计算大小气泡含率的新方法 ,研究了直径 2 84mm的鼓泡床反应器中表观气速、表面张力、床层静液高度和分布器对气含率的影响。结果表明 ,在不同表面张力条件下 ,气含率随表观气速升高而升高 ;气含率随表面张力升高而降低 ,从能量角度解释了鼓泡床中气含率随表面张力升高而降低的动力学原因 ,并得出了气泡聚并的能量公式 ,将此公式应用于系统压力、温度对气含率的影响 ,得出了与前人实验一致的结论 ;指出了床层内分布板区的存在 ,且分布器不同 ,分布板区高度及分布板气含率也随之变化 ;静液高度不同 ,床层内的平均气含率变化很小 ,并根据分布板区体积占整个床层体积比例很小对其进行解释     

鼓泡塔板上气泡运动行为的测定

本研究采用探针法测定了大型鼓泡塔板上的气泡行为，给出了含气率、气泡直径分布及上升速度随轴向高度的变化关系，分析了气液流率对气泡行为的影响。结果表明：气泡的平均直径呈x2分布；气泡的平均上升速度与气泡直径成1／2次方关系，且随气体流速的升降而增减。由于液体表面张力的作用，含气率沿轴向高度呈S型分布。     

液喷式鼓泡塔性能研究

本文研究了液喷式鼓泡塔的鼓泡状态,气含率以及产生自吸的临界条件,并与普通式鼓泡塔做了比较。实验结果表明,液喷式鼓泡塔具有气液两相接触良好、气泡细小,分布器的结构简单和易于操作等性能,而且可以自动循环进气。     

鼓泡塔内气液两相流速度分布

用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）详细测量了气液彭泡塔内气液并流和气液逆泫时的流速分布。鼓泡塔内为复杂的三维流动。气液并流时，在升力作用下气泡集聚在塔中心区。气液逆流时，气泡集聚在塔壁面附近。中心速度较大且随着表观气速的增大而增大，同时径向速度梯度也随之增大。塔壁附近出现返混区，零轴向速度发生在相对半径ｒ／Ｒ＝０．７左右。气液逆流时，在气泡诱导下，壁面附近液体流速与主流区方向相近，出现向上的速度。本研究     

连续三相喷射环流反应器的实验和数值模拟

利用Pavlov管和电导探针分别测量含小颗粒（Stokes数小于1.0）的连续气液固三相喷射环流反应器内轴向液速和气体体积分数分布. 提出大气泡-小气泡-浆态相三相流体力学模型,以模拟三相喷射环流反应器的流体力学行为,对大气泡相和小气泡相分别考虑尾涡加速和气泡阻碍效应并修正其曳力. 对于上升区和下降区,流场模拟结果均与实验结果较吻合. 利用模型预测不同固体体积分数下的气体体积分数与轴向液速分布,结果表明,在考虑的固体体积分数范围内,气体体积分数随固体体积分数增加而下降,液体循环速度随固体体积分数增加而略有上升,其原因主要是反应器内平均气泡直径随固体体积分数增加而增大,进而导致气泡浮升速度加大并增强周围流体的加速运动.     

气-液两相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

用示踪剂电子电极法对气-液两相鼓泡塔反应器液体的轴径向速度进行了测量。测试结果表明,塔中心处的液速最大,靠近塔壁处最小。且当表观气速增大,初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变,轴向液体速度在径向的梯度非常小;当表观气速继续增大,平均液体速度有明显的增加,轴向液体速度的径向分布呈线性关系,表明流体的流动进入非均匀流型;进一步增加表观气速,平均液体速度无明显增加。另外,应用3种不同结构的气体分布器考察了其对反应器中心线处轴向液体速度的影响。实验发现,环状气体分布器的反应器底部存在一个回流区。     

气液固三相逆流化床内气泡行为的实验研究

应用自行开发的微电导探针技术,对气液固三相逆流化床内的气泡尺寸、气泡上升速度和气泡频率等气泡特性进行了系统研究,考察了床内气泡特性的轴径向分布规律及气液表观速度、液体黏度、固体加入量、颗粒密度及表面活性剂的加入等对气泡特性的影响规律。结果发现,随距离气体分布板的轴向距离增加或由床器壁向中心区域的距离增加,气泡大小和频率都增加,前者分布从窄变宽,后者相反。气泡上升速度与气泡大小的轴径向分布很相似。随固体加入量、颗粒密度增加或水中乙醇的加入,气泡大小和上升速度减小,气泡频率增加;随表观气速增加,三者都增加;随表观液速增加,气泡大小和频率增加,气泡上升速度减小;随液体黏度增加,气泡大小和上升速度增加,气泡频率减小。利用操作变量和流体物性对各气泡特性进行了关联。     

130L环隙气升式旋流反应器的局部相含率研究

为给渣油加氢反应器的工业放大提供参考,在130L环隙气升式旋流反应器中,以空气-水-717型阴 离子交换树脂为三相物系,研究了表观气速、底部间隙、固体装载量、导流筒型式、乙醇体积分数对相含率的影响。 结果表明,上升区局部气含率随表观气速、乙醇体积分数的增加而增加,随固体装载量的增加而降低,随底部间隙的 增加先增加而后减小,底部间隙最优值为60mm。当导流筒型式不同时,气含率由大到小依次为:翅片型、喇叭口 型、传统圆柱型。在表观气速为0.239、0.478cm/s时,上升区局部固含率沿轴向高度呈现出“下浓上稀”的趋势;当表 观气速为0.597、0.836cm/s时,上升区局部固含率轴向分布均匀。上升区局部固含率随底部间隙的增大而减小,随 乙醇体积分数的增加而变化不大。     

旋片环隙气升式环流反应器的局部气含率

为了进一步强化气升式环流反应器的流动、传质、混合性能,设计开发了新型的旋片环隙气升式环流反应器。该反应器以有机玻璃为材料,外管高1800mm、内径90mm、导流筒总长1600mm、主体直径50mm,其特征是导流筒上附有若干组旋片,每组旋片间距110mm。在表观气速为0.37~2.59cm/s的条件下,研究了底部间 隙、固体装载量以及不同分配器材料对该反应器内气含率的影响规律。结果表明,在相同轴向高度的条件下,随着表观气速的增大,上升区局部气含率增大;固体装载量增加,上升区局部气含率增加;底部间隙变大,低气速下局部气含率变大;在高气速下,气含率变小。在较低表观气速下,微孔分布器的局部气含率低于高分子材料的局部气含率;当表观气速较高时,结果相反。     

气升式环流反应器的流体动力学模型

用空气-水体系,在下降管直径和上升管直径分别为0.03m和0.09m,反应器的总高度为1.3m的气升式环流反应器中对气含率和流体循环速度进行了实验研究,总结了液体速度和气含率随表观气速的变化规律;根据动量平衡原理和漂流通量模型建立了气升式环流反应器中液体循环速度和气含率间的理论关系式,给出了各局部阻力损失系数的计算方法,并对这些阻力损失系数和分布参数进行了计算,实验结果表明,气速小于0.065m*s-1时,气含率与下降管液体速度随气速的增加明显增加,在实验气速范围内,总阻力损失系数与气速无关,其值为3.75.模型计算表明,循环液速和气含率的预测值与实测值的平均相对误差分别为3.6%和0.29%.     

正丁醇和表观气速对外环流反应器内气泡特征的影响

用双探针电导探头测量了外环流反应器内空气-水和空气-正丁醇水溶液体系中气含率、气泡平均（Sauter）直径、气泡上升速度、气泡尺寸分布以及气液相界面积．考察正丁醇浓度和气速对流型和气泡特征的影响规律,用流体动力学理论和聚并机理对其进行分析．得到实验条件下正丁醇水溶液浓度影响气含率的临界浓度Ccrit.     

气-液-固三相流化床气体分布器区局部相含率和床层膨胀比的实验研究

在内径150 mm,高4 350 mm的三相流化床中,分别以空气、水和0.48 mm、1.25mm的玻璃珠及1.45 mm的苯乙烯树脂为气相、液相和固相,应用开发的微电导探针测试技术同时测得三相局部含率,并对气体分布器区的局部相含率和床层膨胀比(H/H0)进行了实验研究,考察了固体颗粒的粒径、密度及表观液速和气速对床层膨胀比的影响。研究发现,在距气体分布器轴向一定距离范围内,三相局部含率的径向分布存在明显的不对称分布;随着轴向距离的增加,局部气含率的径向不对称分布逐渐消失,局部固含率的径向不对称分布变化不明显;床层膨胀比随表观气速和液速的增大而增大;较低密度颗粒系统的H/H0开始增加缓慢,后来增加很快;较高密度颗粒系统的H/H0开始迅速增加,后来增加缓慢。     

气液搅拌槽内气泡尺寸与局部气含率的CFD模拟

采用在欧拉-欧拉双流体模型的基础上耦合气泡数密度（BND）函数模型,引入气泡破碎和聚并函数,对双层组合桨气液搅拌槽内的气泡尺寸和局部气含率进行了计算流体力学（CFD）模拟,同时采用双电导电极探针法对搅拌槽内局部气液分散特性进行了实验测量,并和CFD模拟结果进行了对比.结果表明：较高通气量条件下搅拌槽内气泡尺寸和局部气含率分布很不均匀,气泡尺寸在叶轮排出流区较小,且沿着排出流方向逐渐增大;在两桨间区域和上层桨以上区域气泡以聚并为主;局部气含率在循环涡涡心、叶轮和挡板后部较高,叶片后部存在明显气穴.     

碳化反应器气含率的研究

对用于处理低品位铝土矿和赤泥的"钙化-碳化法"中碳化过程进行研究。通过基于相似原理建立的水模型实验,在空气-水-玻璃珠体系中,采用压差法考察了表观气速、表观液速以及液固比对气含率的影响。结果表明:反应器内气含率随表观气速以及液固比的增大而增大,而与表观液速成反比,且表观液速对气含率的影响远小于表观气速。     

新型多级环流反应器的气含率研究

提出了一种新型的多通道串联气升式环流反应器，研究了气含率与操作条件的关系。结果表明：两个上升区气含率与气速的关系同单级环流反应器的规律类似，且一个上升区的流动状况不受另一上升区气速的影响；两个下降区内的气含率同时受到两个上升区气速的影响。对实验数据进行回归处理得到了各区气含率与两上升区气速的经验关系式。     

外环流反应器中气含率与循环液速的研究

在外环流反应器中，研究了空气-水体系在不同的分离箱高度和不同的管径比（Dr／Dd）时，上升管内气含率与循环液速随操作气速的变化关系，结果表明，气含率与分高箱高度无关，循环液速随分离箱高度的增加而增大；管径比越大，上升管气含率越高；而且存在一个最佳管径比使循环液速达到最大值．     

新型垂直筛板塔空间持液量与塔板效率的研究

新型垂直筛板塔的传质区域在塔板空间,空间持液量对传质性能有重要的影响,实验表明,新型垂直筛板塔的一次提升效率随塔板空间持液量的增大呈明显的下降趋势;影响新型垂直筛板塔空间持液量的主要因素是板上清液层高度和板孔气速。空间持液量随板上清液层高度的增加而增加,随板孔气速的增大而减少。