环隙气升式气固环流反应器内床层密度的实验研究

针对工业化中气-固环流反应器存在的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器. 在一套冷模装置内系统地考察了局部床层密度分布. 实验中实现了稳定、连续的环隙气升式环流,环流推动力随着环隙区表观气速的增加而增加,随着导流筒区表观气速的增加而减小,当导流筒区表观气速为0.2 m/s时,颗粒环流方向改变为中心气升式. 受结构特性的影响,催化剂密度在导流筒区和环隙区沿径向的分布具有一定的不均匀性,在底部r/R≤0.47区域颗粒未能充分流化,床层密度接近820 kg/m3,在底部0.47≤r/R≤1.0区域颗粒流化较好,床层密度小于450 kg/m3;随着环隙区表观气速由0.2 m/s增加至0.54 m/s,环隙区、导流筒区平均密度分别降低约70和33 kg/m3,随着导流筒区表观气速由0.06 m/s增加至0.2 m/s,环隙区平均密度增加约90 kg/m3,导流筒区平均密度降低约33 kg/m3.     

环隙气升式气固环流反应器内流体力学特性的理论分析

环流反应器的研究与应用一直局限于气液与气液固体系,将环流反应器移植到气固体系是一个具有独创性的探索。针对工业化中气固环流反应器的缺陷,提出了一种新型的环隙气升式气固环流反应器。并对床层空隙率、颗粒流动速度进行了实验研究与理论分析。建立了环隙区床层空隙率模型,发现环隙区床层空隙率随着环隙区表观气速的增加而增加;环隙区靠近导流筒外壁一侧颗粒流动速度明显大于靠近反应器内壁一侧,导流筒区颗粒流动速度沿径向的分布受气体分布器结构影响较大;环隙区颗粒流动速度基本不随轴向位置的变化而变化,导流筒区颗粒的流动属于密相输送,颗粒环流所受到的阻力主要集中在底部区域,其次为气固分离区,底部区域阻力大小由床层流化质量和导流筒下端距反应器底部的间隙所决定;建立了颗粒环流速度模型,发现环流速度随环隙区表观气速的增加而增加。     

中心气升式气固环流反应器中的能耗分布

基于能量平衡,推导出计算中心气升式气固环流反应器中不同区域内气固混合物流动能耗的理论模型,测量了不同区域内固相颗粒速度、气固混合物密度及床层压降,并根据实验数据确定出相应的模型参数,模型计算与实验结果吻合较好. 模型计算表明,中心气升式气固环流反应器内环隙区和气固分离区的能耗分别占反应器总能耗的近40%和30%,颗粒环流受到的阻力主要集中在这2个区域;而导流筒区及分布器影响区能耗较小,共占总能耗的近30%. 随导流筒区表观气速增加,环隙区能耗占总能耗的比重减小,气固分离区能耗所占比重增大,导流筒区和分布器影响区能耗基本保持不变. 气体分布器的安装位置对反应器内能量消耗的分布影响较大,中心气升式气固环流反应器内流动阻力更小.     

中心气升式气固环流反应器中的颗粒速度分布

在一套连续进料的中心气升式气-固环流反应器装置上,考察了不同操作条件下各分区颗粒上行运动速度、下行运动速度及时均速度沿径向的分布规律,并与间歇操作时颗粒速度沿径向的分布规律进行了对比。研究发现,随着导流筒表观气速的增加,底部区域、导流筒中不同轴向截面处颗粒的上行运动速度和时均速度增加,下行运动速度减小,颗粒的环流速度增加。在相同的表观气速下,与间歇操作相比,连续操作时底部区域环隙下方颗粒的时均速度增加,主体向下流动;导流筒进料影响区颗粒的时均速度减小,返混增强;颗粒的环流速度增加。     

提升管与气-固环流床层耦合反应器的流体力学特性及流动模型

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在一套提升管与气-固环流床层耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床层的流体力学特性。结果表明,在环流床层与提升管耦合操作的情况下,床层内颗粒环流存在两种推动力,分别为静压差推动力和颗粒喷射推动力;环隙与导流筒之间的整体平均固含率差随导流筒表观气速增加而增加,随颗粒外循环强度增加而降低;颗粒环流速度随导流筒表观气速和颗粒外循环强度增加而增加。通过对环流床层进行动量衡算,建立了提升管与环流床层耦合流动的数学模型,模型平均相对误差在15.95％以内。     

气升式三相内环流生物反应器内流体力学和传质性能的实验研究

本文通过实验研究了气升式三相内环流反应器在非牛顿流体中的流体动力学特性和传质性能.考察了表观气速、导流筒与反应器截面积之比、固体粒子加入量及CMC溶液浓度等操作条件对气升式三相内环流生物反应器中导流筒与环隙内液体循环速度、气含率、固含率及气-液体积传质系数等流动与传质特性参数的影响.     

中心气升式气-固环流反应器与自由流化床流动特性对比

对中心气升式气固环流反应器和自由床流化反应器的流动特性进行了对比. 结果表明,在同样的操作条件下,在轴向高度h=112~512 mm范围内,环流反应器导流筒区的径向不均匀指数RNI比自由床的RNI减小27%~36%;与自由床相比,环流反应器导流筒区的局部不均匀指数减小20%~59%,整体不均匀指数减小17%~43%,环流反应器的流化质量较高;环流反应器导流筒区和自由床内均存在气体返混现象,导流筒区各采样点示踪气体的浓度和轴向扩散系数Da,g比自由床均有所降低,在表观气速0.2~0.4 m/s范围内,导流筒区Peclet准数的绝对值比自由床增大12%~58%,说明导流筒区气体返混程度小于自由床,气-固两相流向上的宏观流动可有效抑制气体的轴向返混.     

螺旋气升式内环流反应器流动特性

以水和空气两相系统为研究对象,建立螺旋气升式内环流反应器冷模实验装置,采用压差法测定导流筒升流区气含率,用电导法分别实测了升流区液相速度和反应器混合时间,研究螺旋气升式内环流反应器的流动特性,并与传统气升式内环流反应器的流动特性进行对比研究。结果表明,加螺环后反应器气含率明显增加,平均增幅为20%,升流区液相表观速度减小,混合时间增加。     

提升管-环流床耦合反应器环流床内的固含率分布

针对催化汽油辅助反应器改质降烯烃技术,在提升管-环流床耦合反应器大型冷模实验装置上,研究了上部环流床内局部固含率分布及操作条件的影响,采用径向不均匀指数分析比较了提升管上端耦合环流床及耦合常规流化床的流化质量. 结果表明,环流床内固含率随表观气速增加而减小,导流筒底部固含率随外循环强度增加而增加,中上部固含率受外循环强度影响较小,环隙内固含率随外循环强度增加略有降低. 当导流筒内表观气速Ug,d<0.85 m/s时,固含率径向分布的均匀性沿轴向向上逐渐变好,当Ug,d≥0.85 m/s时,则沿轴向向上先变好,在导流筒出口处又变差;环隙内固含率分布趋于均匀的程度依次为环隙中部>环隙下部>环隙上部. 相同条件下,环流床内固含率分布的径向不均匀指数小于常规流化床.     

提升管CSVQS系统预汽提段颗粒速度和停留时间分布

在一套φ600 mm CSVQS的环流预汽提段冷态实验床装置上,在导流筒区气速为0.2 m·s-1和0.3 m·s-1,环隙区气速为0.03 m·s-1和0.07 m·s-1,汽提段气速为0和0.13 m·s-1时,考察了预汽提导流筒区和环隙区的颗粒速度分布,同时在上述条件下,根据提出的计算方法,考察了由提升管引入环流预汽提段颗粒的平均停留时间分布。结果表明,在上述几种操作条件下,预汽提段均为中心气升式环流,汽提段气体大部分进入导流筒区。在导流筒区气速相同时,在无汽提风时,导流筒区颗粒速度随环隙区气速的增加沿径向由陡峭分布转变为平缓分布;在有汽提风时,导流筒区颗粒速度径向分布随环隙区气速的变化很小。在环隙区气速相同时,在有汽提风时,导流筒区颗粒速度随其气速的增加由平缓分布转变为陡峭分布;在无汽提风时,两种导流筒区气速下的颗粒速度径向分布均比较陡峭。与导流筒区相比,环隙区颗粒速度径向分布几乎不随操作条件的不同而变化。随着导流筒气速的增加或环隙气速的降低,颗粒平均停留时间分布变窄,质量分数降低;随着颗粒循环强度的增加,颗粒平均停留时间分布变窄;质量分数变化不一。