喷管分布器大型浆态鼓泡床反应器气含率的研究

采用内径0 284m、高3m的浆态鼓泡反应器,研究液体流速、分布器形式、高径比、固体质量分数及颗粒粒径大小等因素对反应器内气含率及气泡大小的影响规律。实验结果表明,气含率随体系内固相浓度增加和颗粒粒径的增大而减小,大气泡含率随表观气速、固相浓度增加和颗粒粒径增大而增大,液体逆流、静液高度及分布器形式对气含率无影响。并得出气含率的关联式。     

鼓泡床与环流反应器流动特性的比较

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNGk-ε湍流模型对重油悬浮床加氢反应器流动特性进行数值模拟,分别模拟了一种鼓泡床反应器和两种不同导流筒直径的环流反应器,考察了重油-氢气实际体系在不同反应器内气含率和轴向液速的异同。结果表明,悬浮床反应器在操作条件下均形成液相循环流动;导流筒能够规整环流反应器内的流动,增大上升区和下降区的流速,增强混合,同时提高下降区的气含率,从而提高反应器内的整体气含率。通过比较说明,在使用喷嘴进料时,悬浮床加氢工艺选择环流反应器时流动特性更佳。     

不同进料形式鼓泡床反应器流动特性的模拟研究

选用欧拉-欧拉多相流模型和RNG k-ε湍流模型对不同进料形式鼓泡床反应器进行了三维全尺寸模拟,分析并比较了采用不同形式进料的反应器内气含率和轴向液速的异同。结果表明：不同进料形式的鼓泡床反应器内均形成了循环流动;文丘里喷嘴和多喷嘴的性能优于单喷嘴;环管分布器和排管分布器能提供均匀的气含率分布和大尺度的液相循环流动,性能优于3种喷嘴进料形式。     

鼓泡床流体力学特性研究

在直径45 mm的鼓泡床冷态装置中,以煤油作为液相,氮气作为气相,研究了气含率、气泡平均粒径、两相相间滑动速度的变化规律。结果表明:反应器内流体的流动处于气泡聚并控制区,气含率随着两相流速的增加而增加;气泡平均粒径随着气相表观流速的增加而增加,随着液相表观流速的增加而降低。实验发现,在相同的条件下,与较小直径反应器相比,随着反应器直径的增大,气泡聚并作用增强,气含率下降,气泡粒径增大。     

采用氙气的鼓泡床流体力学特性研究

Xenon was used as gas phase to investigate the hydrodynamic characteristics in a bubble column. It was found that the flow pattern is mainly in the churn-turbulent flow regime by analysing the relationship between the slip velocity and gas holdup. The influences of operating conditions on the gas holdup and Sauter mean diameter were studied. The experimental results show that the Sauter mean diameter decreases with the increase of energy dissipation rate. A new correlation was developed to predict the Sauter mean diameter with an average error less 15%.     

射流鼓泡反应器内气泡分布特性

采用气体分布盘和缩径式液体喷嘴的射流鼓泡反应器冷模实验装置,以空气-水作为模拟体系,考察了表观气速(ug)和喷嘴出口液速对气泡分布特性的影响。实验结果表明,在不同ug下,平均气含率均随着喷嘴雷诺数(Re_j)的增大而增大,平均气含率经验关联式计算值与实际值的平均相对偏差为8%。射流鼓泡反应器中心处气含率较高,边壁处气含率较低;随着Re_j的增大,气含率最高点向壁面方向移动,径向气含率分布趋于均匀。随着Re_j的增大,气泡具有不同的运动轨迹和分布状态,从类似字母"C"逐步演变为类似字母"B"和"A"。     

边界条件和物性对鼓泡床反应器的影响研究

采用计算流体力学(CFD)对鼓泡床反应器内气液两相流场进行数值模拟,考察了3种出口边界条件和1种入口边界条件对模拟结果的影响;比较了水-空气体系和重油-氢气体系的流体力学性质。通过Fluent程序将上述模型分别与欧拉双流体模型和RNG k-ε两相流模型进行耦合计算,得到气含率和轴向液速分布,并与冷模实验结果进行对比,得到能准确预测鼓泡床反应器内流型的CFD模型。结果表明:出口边界条件为Degassing时对整体气含率的模拟结果较好,但含有气相空间的压力出口对局部气含率和轴向液速的模拟结果较好,二者的数值结果差异较小。当入口空气体积分数大于0.75时,整体气含率的模拟值与实验值相当,数值模拟时将反应器底部简化成均一进气口可以得到合理的结果。水-空气体系和重油-氢气体系的轴向液速和气含率的变化趋势相同,重油-氢气体系的轴向液速在数值上稍低于水-空气体系,而气含率稍高。采用水-空气体系近似替代重油-氢气体系研究鼓泡床反应器具有借鉴意义。     

鼓泡反应器的工艺设计

从工程设计的角度，以影响气液传质主要因素人手，低能耗为目标。应用鼓泡技术对鼓泡反应器的操作条件以及物料工况作了优化。通过计算得到：操作气速为0．10m/s时，可在低压力降下达到理想的气含率以及轴向混合效果：进料气体温度为50℃，液体温度为35℃时，可使反应器无需加热或撤热设备；降低操作压力可以降低鼓泡反应体系动力消耗，以达到降低能耗的目的。     

加压浆态鼓泡床中固含率与气含率轴向分布的研究

在高6.6 m、直径0.3 m的浆态鼓泡塔中,采用动态气体逸出法研究了水-空气-石英砂体系中固含率与气含率的轴向分布。在表观气速0-0.24 m/s、固体质量分数(石英砂在水中的质量分数)0-23％、压力0.1-2.0 MPa范围内,考察了各种因素对固含率和气含率轴向分布的影响。实验结果表明,随着表观气速的增加和固体质量分数的减小,固含率的轴向分布趋于均匀;气含率随压力和表观气速的升高而增加;固体质量分数仅仅影响大气泡气含率和上升速率,而对小气泡气含率和上升速率的影响不大;在固体质量分数大于23％时,压力对气含率轴向分布的影响比较显著。     

气相密度对鼓泡床流体力学规律的影响

Two kinds of gases were used to investigate the influence of gas density on the hydrodynamic characteristics ina bubble column. It can be found out that higher gas density leads to smaller bubble diameter and the flow patterns are differentfor the both gases. Energy balance mechanisms are analyzed by considering the gas density difference. Models weredeveloped to predict the average bubble diameter with good accuracy.     

漩流鼓泡塔反应器中平均气含率的研究

采用空气-羧甲基纤维素钠水溶液-固体物料体系,对漩流鼓泡塔反应器的气液传质性能进行了研究。在常温(20℃)、常压、非牛顿流体条件下,测试了反应器的平均气含率,漩流鼓泡塔反应器分别装有直板型和弯板型(3种直径)气体喷流器。由实验数据回归得出平均气含率与流体性能、空塔气速之间的关联式。与直流鼓泡塔反应器相比,漩流鼓泡塔反应器的平均气含率较高,其中CBⅡ型漩流鼓泡塔反应器比直流鼓泡塔反应器的平均气含率高20％左右。     

Mass Transfer Characteristics of H_2 and CO in Mimicked F-T Slurry Bubble Column Reactor

The equilibrium solubilities,volumetric gas-liquid mass transfer coefficients kLa of H_2 and CO were measured as functions of temperature(298―513 K),pressure(1―3 MPa),superficial gas velocity(0.5―3 cm/s) and solid volume fraction(5%―25%) in liquid paraffin/iron-based catalyst slurry bubble column reactor.The volumetric mass transfer coefficients kLa were obtained by measuring the dissolution rate of H_2 and CO.The influences of the operation conditions,such as pressure,temperature,superficial gas velocity and catalyst concentration on kLa,were investigated.Two empirical correlations were proposed to predict kLa values of H_2 and CO in liquid paraffin/solid particles slurry bubble column reactor.The results showed that the equilibrium solubilities of H-2 and CO increased with an increasing temperature and pressure,and the solubility of CO was greater than that for H_2.It was found that the equilibrium solubility can be expressed by Henry's law.The volumetric mass transfer coefficients of H_2 and CO were of the same order of magnitude,and increased with the increase of pressure,temperature and superficial gas velocity.The presence of solid particles decreased kLa values of both H_2 and CO.     

Dynamic Characteristics of Bubble Distribution Zone in Gas-Liquid Reactors

ＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＢｕｂｂｌｅＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＺｏｎｅｉｎＧａｓＬｉｑｕｉｄＲｅａｃｔｏｒｓＹｕａｎＮａｉｊｕ，ＤｕＪｉａｎｘｉｎ，ＨｕＨｕａ，ＬｉｕＺｈｅｎｇ，ＤｉｎｇＦｕｘｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈ...     

鼓泡塔内气液两相流的研究

用激光多普勒测速仪和粒子成象测速仪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、湍流度分布和气含率分布,并总结出了湍流度、气含率径向分布关联式。在气含率关联式中,首次考虑了塔高的影响。气泡的存在增强了液相湍动。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。塔壁附近出现返混区,零轴向速度和最大湍流度均发生在相对半径ｒ／ Ｒ≈０－７ 左右。     

鼓泡浆态床费托合成Co/SiO_2细粒子催化剂研究

系统考察了Co/SiO2细粒子催化剂的还原性能以及Co负载量和反应条件对催化剂浆相反应性能的影响。结果表明:初湿法制备的Co/SiO2细粒子催化剂在空气中焙烧后主要形成Co3O4物种,Co3O4可分步还原为活性金属Co;增加Co负载量,能明显提高催化剂费托反应活性;反应条件对催化剂性能的影响十分显著,Co/SiO2催化剂浆相费托合成适宜的反应条件为:温度220～240℃,压力1 8MPa,空速0 48L·h-1·g-1,催化剂质量分数7 2%。