三维上流式反应器床层流动和返混特性

采用内径为280 mm的上流式反应器,以空气模拟气相、甘油和水混合溶液模拟渣油。用3种不同粒径的氧化铝球形工业催化剂颗粒为填充颗粒,考察了不同模拟物系的颗粒粒径、颗粒密度、液相黏度、不同床层的高径比和不同操作条件对上流式反应器内床层压降及其波动、床层轴向返混的影响规律。得到模拟工业运行物系和操作条件的上流式反应器床层总压降关联式,相对误差在12%以内。床层总压降均随床层高径比、颗粒密度和液相黏度增加而增大,但随颗粒粒径的增大而减小,床层压降波动随表观气速增加而增大。填充颗粒粒径越小、颗粒密度越小、高径比越大,床层内轴向返混越严重;床层内压降和轴向返混均随表观气速的增加而增大。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

上流式反应器气液相间传质特性的实验研究

上流式反应器设置在固定床渣油加氢反应器前有利于提高渣油原料适用性,延长装置运行时间。实验研究了上流式反应器气液相间传质,采用五齿柱形氧化铝催化剂模拟工业催化剂颗粒,水溶液模拟渣油,空气模拟氢气,采用无氧水物理吸收和亚硫酸钠化学吸收的方法,测定了在高气液比的条件下上流式反应器床层气液相间传质特性实验。考察了表观气速、表观液速、填料粒径、内构件、催化剂级配和床层高径比对液相体积传质系数和气液相界比表面积的影响规律。实验数据表明,液相体积传质系数随着气、液速的增大而增大;随填料颗粒增大而减小;在床层内安装合适的内构件或增大反应器高径比,能够促进气液相间传质。基于实验数据拟合了适合上流式反应器液相体积传质系数和气液相界比表面积的经验关联式,拟合误差最大分别为12%和24%;表明所建气液相间传质的经验关联式能更好地预测上流式反应器中的气液相间传质特性。     

上流式反应器中流体流动及返混特性研究

上流式反应器作为一种典型的三相反应器已广泛应用于工业生产中,在渣油加氢领域表现出很大的优势,但在工业应用中仍存在催化剂失活快、热点出现及局部结焦等问题。文中搭建了二维结构的上流式反应器,以空气和自来水作为气液介质,分别选用了3种粒径的玻璃珠、单粒径的氧化铝球载体作为填充颗粒。采用了一维轴向扩散模型,利用示踪-响应技术对反应器床层的压降、平均停留时间和轴向扩散系数进行了系统研究。液体对压降、平均停留时间和轴向扩散系数的决定性作用比气体重要,但当表观液速较低时则需要同时考虑气液两相的影响;同时,在一定的操作范围内大颗粒床层的平均停留时间较长。     

气液并流向上填充鼓泡塔液体混合特性的研究

在内径为165 mm气液并流向上填充鼓泡塔中采用示踪法考查了表观气速、表观液速、液体黏度、填料大小等因素对液体轴向混合特性的影响。根据实验结果得出:Peclet准数随表观液速的增加而增大,轴向返混程度减小,而随表观气速或液相黏度的增加而Peclet准数略有减小,轴向混合程度增加。同时,填料的引入明显减少轴向混合程度,随着填料直径的增加,Peclet准数明显减少,轴向混合程度增大。根据实验结果,关联了实验范围内Peclet准数的计算式,为填充鼓泡塔反应器的设计与放大提供了一定的指导作用。     

液固磁稳定床中固含率分布与液相返混特性

固含率分布和液相返混系数是液固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据。采用床层膨胀高度法、光电法及瞬态点源示踪技术,研究了以SRNA-4催化剂为固相的液固磁稳定床中固含率分布和液相返混特性。试验结果表明,固含率轴向分布基本均匀,径向为“扁-陡曲线”分布。固含率随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大,随液体粘度和空塔液速的增大而减小。轴向液相返混系数随磁场强度和液体粘度的增大而减小,随空塔液速和颗粒尺寸的增大而增大。回归得到了固含率和轴向普朗特准数的关联式,预测值与试验值吻合良好。     

SiCl4冷氢化反应器床层密度的计算

通过理论计算临界流化速度u_(mf)和床层空隙率ε_e,得到SiCl_4冷氢化流化床反应器在不同粒径d_p和表观气速u_e条件下的床层密度ρ。床层密度随着硅粉粒径增大而增大,随着表观气速增大而减小。通过实际测量一定高度床层间的压降得到实际床层密度,与理论计算值对比二者吻合性较好,冷氢化反应器的床层密度沿高度方向变化较小。     

垂直筛板流化床中FCC催化剂的流化性能

以FCC催化剂颗粒研究垂直筛板流化床内构件对气固两相流化性能的影响,考察了板孔气速、颗粒循环量和帽罩开孔比等筛板结构对流化床压降和提升量强度的影响. 结果表明,气固两相总体逆流流动条件下,帽罩内气速达4 m/s,气固高速并流喷射无气泡,两相接触好、返混小,属快速流态化. 由于没有气泡,床层压力波动小,在塔板上颗粒返混小. 垂直筛板压降随板孔气速、帽罩底隙高度增大而增大,随帽罩开孔比、板孔径增大而减小,颗粒提升量大,床层压降大. 提升量强度随板孔气速、帽罩底隙高度、颗粒循环量增加而增大,随帽罩高度与塔节高度比增大而减少,随帽罩筛孔孔径变化存在最大值. 当帽罩开孔比为1.2~2.5、板孔面积与帽罩截面积比为0.42、帽罩底隙高与板孔孔径比为0.36~0.64时帽罩流化性能较好.     

流化床-提升管耦合反应器内固含率的轴向分布及流动发展

在耦合流化床反应器大型冷模实验装置上,考察了不同表观气速下FCC颗粒在耦合流化床内截面平均密度的轴向分布. 结果表明,反应器轴向固含率可分为底部流化床区域和上部提升管区域. 前者的密相区平均固含率随表观气速增大而减小;后者的平均固含率随表观气速Ug增大而增大,Ug<0.58 m/s时固含率分布均匀,Ug=0.70~1.04 m/s时提升管出口出现约束返混区(>8.62 m),Ug>1.16 m/s时提升管底部出现密度重整区(3.82~4.57 m)、加速平稳区(4.57~8.62 m)和出口返混区(>8.62 m). 确定了耦合反应器内提升管区域截面平均固含率的影响参数,并利用实验数据回归了平均固含率的轴向分布经验模型,计算值与实验值吻合较好.     

液体分布器类型及催化剂布局对结构化多相反应器内液相混合特性影响的实验研究

以空气和水为体系,采用示踪-响应实验方法,通过电导探针获得浓度-时间曲线,系统考察了在胞密度为400 cpsi的催化剂床层下,以喷嘴分布器和玻璃珠静态分布器为液体分布器的整体式和分段式结构化多相反应器的液相平均停留时间和轴向扩散程度。结果表明,对以喷嘴和玻璃珠静态分布器为液体分布器的整体式和分段式结构化多相反应器,液相平均停留时间基本上都随表观气、液速的增大而减小,但对分段式结构化多相反应器,在较大的表观气速下,平均停留时间随表观气速的变化有趋于一致的趋势。表观液速对平均停留时间的影响更大。以喷嘴为液体分布器的结构化多相反应器内的轴向扩散程度比以玻璃珠静态分布器为液体分布器的结构化多相反应器内的轴向扩散程度要小。为更好地减小轴向扩散,可在结构化多相反应器内设置多重分布段。     

空气-SRNA-4催化剂磁稳定床的流动特性

床层压降、最小流化速度、固含率及其分布和气相返混系数是气固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据.采用压降法、光电法及瞬态点源示踪技术试验研究了以SRNA-4催化剂为固相的气固磁稳定床的流动特性.试验结果表明:最小流化速度、最小流化状态下的床层空隙率与磁场强度无关;固含率的径向分布基本均匀;磁场强度的增大抑制了颗粒的运动,使得局部固含率略微增加;空塔气速的增加促进了气固磁稳定床的膨胀,使得固含率减小;粒径较小时,随磁场强度及气速的变化贝克来数(Pe)变化不大;粒径较大情况下,Pe随气速增大而减小,随着磁场强度的增大,先增大后减小.试验获得了最小流化速度、固含率和床层高度的关联式,预测值与试验值吻合良好.     

组合式提升管入口区颗粒的返混特性

根据文中提出的颗粒局部及整体返混比,对组合式提升管入口区颗粒的返混特性进行了研究,结果表明,在S型颗粒浓度轴向分布时,颗粒在床层底部的返混较小,在顶部的返混较大;而在指数形颗粒浓度轴向分布时,颗粒则在床层底部的返混较大,在顶部的返混较小.在不同操作条件下,床内颗粒具有不同的局部返混特性,在气速较高时,颗粒在床层中心的返混较少,在床层边壁的返混较多;在气速较低时,在床层顶部,颗粒在床层中心的返混较少,在床层边壁的返混较多,而在床层底部,颗粒则在床层中心和边壁处的返混较多,在床层中部的返混较少.     

内过滤式喷射环流反应器混合特性研究

传统的喷射环流反应器应用于工业上的多相反应时一般采用外部分离,导致流程繁琐、能耗加大、甚至存在安全问题,本文在喷射环流反应器内设计了过滤式导流筒,以实现在反应器内进行多相反应和液固分离操作的连续化。用阶跃示踪法测定液相停留时间分布,考察了表观气速、过滤压力对该反应器混合特性的影响。结果显示:返混程度随表观气速的增大而增大;过滤压力增大,平均停留时间减小,返混程度增大,但过滤压力对返混的影响较弱。     

苯乙炔选择性加氢滴流床反应器内的液相轴向返混特性

苯乙炔选择性加氢是从裂解汽油C₈馏分中回收苯乙烯的关键反应,本文采用滴流床反应器对该反应体系的液相轴向返混行为进行了研究。首先利用脉冲示踪法测得了不同操作条件下的液相停留时间分布密度;然后基于固定床轴向扩散模型,通过有限元正交配置法和Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法,计算得到了Péclet数和液相平均停留时间;最后考察了主要操作条件对液相轴向返混的影响。研究结果表明,增大液体流量、气体流量、温度以及压力均可减小液相返混,而增大颗粒粒径会使液相返混加剧。     

三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器数学模拟及工程分析

建立了加压三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器的数学模型 ,计入了催化剂颗粒在床层中沉降形成沿床高浓度分布对反应的影响以及由于惰性液相载体部分返混对传递的影响 ,进一步利用经实验验证的上述数学模型模拟不同表观气速、床高、反应器直径 (扣除传热元件截面积 )、进口乙烯摩尔分数等参数对床层中催化剂浓度随床高的分布、出口环氧乙烷摩尔分数、环氧乙烷选择率以及单位质量催化剂环氧乙烷年产量的影响 .通过模拟分析预示了工业三相床环氧乙烷反应器的合理尺寸、表观气速、环氧乙烷选择率以及时空产率 ,为工业化提供必要的设计依据     

微小流化床流化特性分析

在内径4.3, 5.5, 10.5, 15.5, 20.5和25.5 mm的6个气固微小流化床中,考察了石英砂和不同粒径的催化裂化催化剂的流化特性. 研究了流化床尺寸、颗粒及流化介质物性对微小流化床床层压降及最小流化速度的影响. 结果表明,不同颗粒及流化介质的微小流化床床层压降实验值均小于计算值. 传统的压降关联式不能直接用于微小流化床. 其最小流化速度随床径减小呈指数增大,在高径比1:1~3:1范围内,最小流化速度随料高增大近似呈线性增大,其增大速度随床径增大而变缓. 基于实验数据得出了微小流化床最小流化速度的关联式.     

规整填料塔液相混合的研究

本文采用点源脉冲示踪的方法考察了装填２５０ Ｙ 型金属板波纹规整填料的填料塔中的轴向及径向返混。在规整填料塔的顶部注入 Ｋ Ｍｎ Ｏ４ 作为示踪剂,从塔的底部的不同径向位置取样。通过最优化方法计算出轴向返混系数 Ｄｚ 和径向返混系数 Ｄｒ,研究了液相和气相对规整填料的返混的影响,并就液相和气相对返混影响做了初步解释。实验结果表明：径向扩散系数和轴向扩散系数随气速和液体流速的增大而增大。得到轴向和径向混合系数的彼克列数（ Ｐｅｚ , Ｐｅｒ） 与液相和气相的表观雷诺数（ Ｒｅ１ , Ｒｅｇ） 的关联式。     

工艺条件对内旋式移动床停留时间的影响

为了给热解过程中颗粒在内旋式反应器内的停留时间和混合效果提供理论指导,在内旋式移动床试验装置上,以煤颗粒作为填充物料和示踪剂,利用脉冲法研究了转轴长度、转轴转速、粒径及给料速率等工艺条件对物料停留时间的影响。结果表明:60°倾角安装的桨叶式传动叶片测得的平均停留时间分布曲线存在较大的"拖尾",曲线尾峰较多,表明反应器内存在返混;反应器内煤料流动流型介于平推流与全混流之间;转轴长度与平均停留时间呈线性关系;转轴转速与平均停留时间呈指数关系,增大转速会加剧轴向返混,同时缩短物料在反应器内的平均停留时间;随着煤料粒径的增大,反应器内平均停留时间和轴向返混程度均呈减小趋势,且粒径大的煤颗粒在输送过程中会出现一定程度的破碎,5~6 mm煤颗粒的破碎率为35.39%;给料速率主要影响煤料在反应器内的填料量,从而影响停留时间分布,平均停留时间随着给料速率的增加而降低。     

三相气升式环流反应器内上升区相含率轴向分布与循环液速的研究

常温常压下,在三相气升式内环流反应器中,将硅铝球、石英砂和瓷球分别与空气、水组成三相物系,考察了细颗粒与大颗粒物系中上升区相含率轴向分布规律、固体装载率和颗粒粒径对该规律的影响,以及各物系中上升区循环液速随表观气速的变化规律。结果表明:随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区固含率εsr先增大后减小;硅铝球物系中εsr减小;石英砂物系中εsr均匀分布。随轴向高度的增加,瓷球物系中上升区气含率εgr增大;硅铝球物系中εgr减小;石英砂物系中εgr先增大后减小。固定表观气速,各轴向位置处的上升区气含率随固体装载率、颗粒粒径的增大而增大。当固体装载率相同时,各物系中上升区循环液速随表观气速的增大而增大。     

短接触旋流反应器混合区内气固返混特性模拟研究

采用欧拉双流体模型模拟短接触旋流反应器内气固两相流动,加载无反应组分输运方程计算入口混合区内气固停留时间分布(RTD)。根据各截面上下行流率分配,定义了截面返混比,并考察了入口结构型式对气固返混特性的影响。研究结果表明,反应器混合区内固体催化剂的停留时间比气体小;气体在入口混合区内返混程度比固体颗粒显著,颗粒接近平推流;气体截面返混比为0~0.5,且随着轴向位置增大呈现先增加后减小的趋势;轴向入口设导向叶片增大了反应器混合区内气体轴向返混;与直切式和斜上切式结构相比,斜下切式结构反应器混合区气体返混程度较弱,有利于催化裂化反应。