新型洗涤冷却室内的气体带液问题

通过对Texaco水煤浆气化炉新型洗涤冷却室内不同操作条件下气体对液滴夹带量及带出量的测定,得出了气体带液量同床层内气速及气液分离空间高度之间关系的统计模型.研究结果表明,洗涤冷却室内液滴夹带量主要与气液分离空问高度、床层内气速及液位等因素密切相关,带液量随着气速、床层液位的增大而增大,随着分离空间的减小而增大.新型洗涤冷却室内部构件对气体的带液量起到很大的阻拦作用,有效地减轻了洗涤冷却室内气体带水问题.在离气体出口0.1 m左右的范围内,存在一个气体加速区,气量越大,这个区域对液滴的带出量影响越显著.     

液相性质对新型洗涤冷却室内液滴夹带的影响

采用等速取样法对床层气液鼓泡区上方分离空间的液滴夹带进行了实验测定,研究了液相性质对液滴夹带的影响. 结果表明,同一静态液位下,随气速增加,气液分离空间高度逐渐减小,液滴夹带量增大;出口处液滴夹带量E在径向上总体变化不大,贴近壁面处偏小,主要受气体出口处气体回流流动的影响;液滴夹带量随液相物质表面张力减小而增大,随液体粘度增大而增大,表面张力从72.8 mN/m减小到25.8 mN/m液滴夹带量增大2.5倍,液体粘度从1 mPa×s增加到2.3 mPa×s液滴夹带量增大1倍. 液体物性对液滴夹带量的影响较显著,由此建立了液滴夹带量与物性参数的经验关联式,为改善洗涤冷却室内部结构提供了理论依据.     

同心圈式超重力旋转床液泛模型

同心圈式超重力旋转床是一种新型超重力旋转床。液泛是超重力旋转床流体力学的重要特征。同心圈式超重力旋转床液体分布器和转子内缘之间的环形空间内的液滴被气体夹带,液滴受到离心力和气体曳力的作用,通过建立微分方程可获得液滴径向速度为零时的液滴运动径向距离。当该径向距离小于环形空间的径向距离,此时产生雾沫夹带液泛。由此建立同心圈式超重力旋转床雾沫夹带液泛模型。实验以空气和水为物系,测定了转子直径为1000 mm、高度为100 mm的同心圈式超重力旋转床在不同转速和表观液速下气体进口和出口之间的气相压降随表观气速的变化。气相压降随表观气速的增大先缓慢增大后快速增大。用表观气速对气相压降求导和目测旋转床中心气体出口处出现大量液体被气体夹带来确定液泛点气速。通过液泛点气速求得雾沫夹带液泛模型的系数k,并对该系数k进行关联。该雾沫夹带液泛模型的计算值和实验值吻合很好,平均偏差为3.1%。该模型优于Sherwood液泛模型,对同心圈式超重力旋转床的工业应用提供了必要的设计依据。     

池式夹带过程实验研究

在内径为0.35 m、总高为1.633 m的不锈钢容器内对空气-水系统进行了夹带实验研究,依据实验结果定量分析了表观气速和气相空间高度对夹带率的影响。夹带率随气速的增加呈现出局部波动、整体上升的复杂规律。低气速阶段,液滴夹带数量和粒径增加的同时,大颗粒液滴因重力作用的回落也很显著,从而导致夹带率下降,但在气流夹带作用大于重力效应后夹带率又开始回升;随气速进一步增大,液滴在容器壁面的粘附又导致夹带率短暂下降,但随后的二次夹带又导致夹带率再次上升。随气相空间的增加,夹带率迅速下降并趋于稳定;其中气相空间低时,大液滴对夹带贡献较多,因此夹带率大;气相空间较高时,微小液滴对夹带贡献较大,夹带率趋于稳定。最后,从设计应用出发,依据本文新的实验数据并综合文献实验数据,建立了池式夹带的预测模型。     

液相黏度对筛板塔流体力学性能影响的研究

以空气-水、空气-甘油水溶液为物系,实验研究了黏度对筛板塔流体力学性能的影响.根据板压降、泡沫层高度、泡沫层平均气含率、雾沫夹带随气体流量变化的趋势,得出如下结论在相同的气速下,随着黏度增加,塔板压降降低,泡沫层高度降低;距测试筛板同一高度的雾沫夹带量随气量的增大而增加,随黏度增大而降低;雾沫分离空间相同时,雾沫夹带量随黏度增加而增大.根据实验数据还得出了不同气速下泡沫层平均气含率与气体空塔动能因子F的实验数据关联式.     

池式夹带实验及数值模拟

在总高1.633m,内径0.35m的不锈钢容器内对空气-水两相进行池式夹带实验研究,并采用VOF法对容器内气液两相流动行为及夹带率进行模拟。依据实验和模拟结果,定量定性分析了气相空间高度和气速对夹带率的影响。随气相空间的增加,夹带率迅速下降并趋于稳定;随气速的增加,夹带率呈现出局部波动、整体上升的复杂规律。分析表明,气相空间高度在决定液体是否会被夹带出容器起着重要的作用,气速对气液界面处形成液滴的尺寸影响较大,较大气速时产生二次夹带使夹带率上升。     

新型洗涤冷却室内气液两相的分布特性

采用双头电导探针法对新型洗涤冷却室环隙鼓泡床内气液两相的局部气含率、气泡直径等分布规律进行了实验研究,并用Fluent商业软件对床层内气含率分布进行了模拟计算,模拟结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：新型洗涤冷却室内部构件对环隙鼓泡床内气液两相的分布特性影响显著,气相分布更加均匀,液面波动更趋平稳,有效地减少了气体带水问题,相比国外技术具有更好的操作弹性。     

气化炉内气体穿越液池过程压力波动特性

采用欧拉模型对室内合成气穿越液池的非定常流动过程进行了效值模拟.在分析气液两相流动特性的基础上,获得压力波动信号,通过快速傅里叶变换,分析了气流速度及静态液位对室内压力波动特性的影响,并将计算结果与文献实验值进行了对比,数值模拟结果与实验值一致.研究表明,洗涤冷却室内压力波动呈周期性变化.随着气流速度及静态液位高度的增加,压力波动幅度增大,主频能量提高,频率改变不明显,主要集中在3～4 Hz.气流速度对压力波动的影响较静态液位显著.     

气液逆流接触过程及液滴夹带特性

为了探究喷淋塔内气液逆流接触流动特点及液滴夹带特性,采用激光粒度仪及湿法等动取样对实验模型内液滴粒径分布及含液率进行测量,并结合高速摄影技术对喷淋液层气液两相流动特性进行跟踪拍摄。结果表明:根据气液逆流接触特点可将液层流动分为波动区、破碎区及夹带区;截面气速及液相体积流量的增大使得气液间作用力增强,夹带液滴粒径减小;由于碰撞作用双层喷淋下夹带液滴粒径相对于单层喷淋下较小;液滴在上行过程中运动复杂且多变,液滴的不规则运动及气相流场的复杂性是造成夹带区内液滴粒径分布波动的主要原因;定量得出气液逆流接触过程受气相夹带液滴粒径分布范围,研究结果可为喷淋塔内传质及传热过程提供参考,同时可为除雾器的开发提供设计依据。     

立体传质塔板CTST喷射特性的研究

立体喷射型塔板的喷射状况对气液两相接触面积有重要影响。在直径570 mm的冷模实验塔内,采用高速摄像仪对CTST的喷射过程参数进行了实验研究,并且基于不稳定波动理论建立了液滴群平均粒径的计算模型。结果表明:喷射孔气速是影响喷射锥角的关键因素,随着喷射孔气速的增加喷射锥角逐渐增大,当喷射孔气速超过7.5 m?s-1时,喷射锥角趋于恒定,其数值稳定在55°左右。随着气速的增加喷射孔处液膜速度显著增大,而液体流量增加时液膜速度略有减小,越靠近喷射孔顶端液膜速度越大。喷射区域内液滴的分布密度接近于Rosin-Rammler分布,在喷射锥角为[20o,40o]区间内的液滴数量比较集中,随着气速和液体流量的增大,液滴分布密度逐渐趋于均匀。液滴群平均粒径随气速的增加而减小,随液量的增加略有增大。正常工作范围内,液滴群平均粒径为1.0~2.5 mm。     

Gas holdup above the bed surface and grid gas jet hydrodynamics for three phase fluidized beds

A three dimensional column was used to study the hydrodynamics of a three phase system: air, water and 3 mm glass beads. Various effects of the grid jets on bed hydrodynamics were investigated for both increasing and decreasing liquid superficial velocities. Three regimes were observed: spouted bed, spouted fluidized bed and three phase fluidized bed. The hydrodynamics of the two phase region above the bed was also studied. The gas holdup increased when the gas superficial velocity was increased but decreased when the liquid superficial velocity was increased. A correlation for the estimation of the gas holdup as a function of gas and liquid superficial velocities was established.     

Transition from Low Velocity to High Velocity in a Three Phase Fluidized Bed

The onset liquid velocity demarcating the conventional and the circulating fluidization regimes of three‐phase fluidized beds was determined by measuring the time required to empty all particles in a batch fluidized bed at various liquid and gas velocities. Experiments were performed in a gas‐liquid‐solid circulating fluidized bed of 2.7 m in height using glass beads of 0.508 mm in diameter as solid phase and air and tap water as the fluidizing gas and liquid, respectively. The results show that gas velocity is a strong factor on the onset liquid velocity. Higher gas velocity yields a lower onset liquid velocity. It is also demonstrated that the onset liquid velocity has the same value as particle terminal velocity in a gas‐liquid mixture. Within the gas‐liquid‐solid circulating fluidization regime, the solids circulation rate is increased with the total liquid velocity and the auxiliary liquid velocity.     

小型气-液-固流化床液相的停留时间分布

采用脉冲示踪技术,研究了3 mm床径的小型气-液-固流化床内液相停留时间分布。以KCl为示踪剂,液相为去离子水,气相为空气,固相为平均粒径0.123~0.222 mm的玻璃微珠和氧化铝颗粒,测量流化床出口液相的电导率,得到其停留时间分布曲线。结果表明,增大表观液速和表观气速,分布曲线变窄,平均停留时间缩短,Peclet数增大;固相的存在使液相的平均停留时间增长。表观液速1.96~15.70 mm×s^-1,表观气速1.18~1.96 mm×s^-1的条件下,流动接近层流;平均停留时间的范围为（19.6±0.34）s~（48.0±0.92）s,建立的Pe经验关联式对实验结果有较好的预测,偏差在±25%以内。研究结果对于小型三相流化床的设计放大具有指导意义。     

导向管喷动流化床的喷动气旁路分率

在内径为182 mm的喷动流化床中安装内径80 mm的导向管,以平均粒径为2.2 mm的尿素颗粒为物料,对喷动气旁路特性进行了实验研究,分别考察了夹带区高度、导向管长度、喷嘴内径、床层高度、喷动气速和流化气速对喷动气旁路分率的影响,结果表明随着喷动气速的增大,喷动气体旁路分率先增后减。导向管安装高度越高,气体旁路分率越大。床层高度增大喷动气体旁路分率略有降低。而喷嘴直径小于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大而提高,在大于50 mm时气体旁路分率随喷嘴直径增大维持不变。当气速较小时,导向管高度增大会引起气体旁路分率增大,引入少量流化气能有效地抑制喷动气旁路。     

三相流化床的流体力学特性研究

利用空气、水和玻璃珠颗粒为工作介质,对三相流化床流态化操作的流体力学特性进行了研究,主要研究了气体速度、液体速度、颗粒投加量与气含率的关系,以及气体速度与床层高度及气泡直径的关系。     

基于图像法的环雾状流液滴参数测量与分析

环雾状流广泛存在于石油化工领域,其内部流场测量具有重要意义。本文结合光学图像法和高速摄影技术对撞针式喷嘴的雾化特性进行了测量分析,以此为基础对基于雾化混合的环雾状流中夹带液滴特性开展了实验研究。利用高速摄影技术对喷雾进行可视化,采用单帧单曝光法对液滴尺寸和速度信息进行提取。研究发现,液滴速度随轴向距离增大呈衰减趋势,且相同轴向距离（约在径向位置10mm处）条件下,速度达到峰值;液滴索泰尔平均直径（SMD）随喷嘴孔径d₀的增大而增大,并与液相质量流量m_l和喷嘴上下游压差?p均呈负相关;另外,在环雾状流环境中,相同气压条件下液滴SMD随气相体积流量Q_g增大而减小,而相同气相体积流量条件下SMD随气压p_g增大而增大。基于实验测量结果,以气相韦伯数We_g和液相雷诺数Re_l为主影响参数,引入相间滑移和压力系数建立了基于量纲分析的环雾状流液滴SMD预测模型,平均绝对百分比误差MAPE为11.4672%。     

双组分大差异颗粒在气固流化床内混合/分离特性

实验考察了FCC催化剂(d_p=90 μm)和分子筛(d_p=1875 μm)构成的双组分大差异颗粒体系在流化床内的混合/分离特性。结果表明,在密相床层,随着大颗粒初始比例X₀逐渐增加,床层稀密相界面处的单位高度压降逐渐上升。双组分混合颗粒完全流化时密相床层内大颗粒质量分数在径向上总体分布均匀,但随着表观气速的增加大颗粒在径向上呈现出边壁高中心低的“U”形分布。全床混合均匀性在X₀<20.0%时较佳,且均匀性会随着表观气速u_g增加和X₀的增加而逐渐减小。在稀相空间,被夹带到稀相空间的大颗粒随着表观气速u_g增加逐渐增大,随着X₀的增大先增大后减小,当X₀=68.5%时夹带量最大。稀相空间内大颗粒质量分数在径向上呈“M”形分布,并且随着轴向高度的增加逐渐由“M”形分布转变为倒“U”形分布。基于实验结果,给出了计算完全混合高度和分级效率的经验关联式。     

Solids entrainment into gas, liquid, and gas-liquid spray jets in fluidized beds

The injection of liquid into a fluidized bed is a crucial step in many processes such as fluid coking, fluid catalytic cracking, or gas-phase polymerization, whose performance greatly depends on good and rapid contact between the injected liquid and the fluidized particles. The liquid spray, created by two-phase (gas-liquid) nozzles, forms a jet, i.e. a gas-rich cavity within the fluidized bed. Past studies have shown that good liquid-solid contact requires a large entrainment rate of particles into the jet, followed by intensive mixing of liquid droplets and entrained particles within the jet. The objective of this study is the experimental measurement of solids entrainment into spray jets. The specific application of interest is the enhancement of solids entrainment under conditions relevant to the fluid coking process.A novel and accurate experimental technique has been developed to measure the solids entrainment from a fluidized bed into two-phase gas-liquid jets, gas jets and liquid jets. The effects of operating conditions of the nozzle (sonic versus subsonic) and of the fluidized bed on the solids entrainment have been investigated. The differences between the mechanisms of solids entrainment for two-phase gas-liquid, gas and liquid jets have been analyzed.This experimental tool has been applied to the design and testing of a mixing chamber consisting of a cylindrical tube placed at a certain distance downstream of the nozzle tip, resulting in a confined, turbulent jet with enhanced liquid-solid mixing properties.