悬浮床渣油加氢中型连续装置反应器中气含率的冷模实验

在辽河减压渣油悬浮床加氢中型连续装置工艺实验的基础上,采用气,液替代物及参数换算的方法对中试反应器中的流动形态进行了冷态模拟,测定了反应器中的气含率,考虑了反应器操作条件,反应器人口分布器类型及原料物性等因素对气含率的影响,实验结果表明,反应器人口分布器类型驿气含率的影响较为显著,随着瓜在器入口分布器孔径的增大,气含率呈下降趋势,在体积空速为0．5－2.0h^-1及氢油体积分比为500－1000的操作条件下,气含率随着反应器中表现气速的增大而增加,两者呈幂函数关系,表观液速对气含率的影响很小,基本可以忽略,液相粘度对气含率的影响与分布器类型密切相关,当使用单孔和筛孔分布器时,气含率随液相粘度的增大而减小,当使用烧结分布器时,气含率随液相粘度的增大而增加。     

微膨胀床反应器内气液分布设备性能数值模拟

用VOF数值模型方法,对适用于上流式微膨胀床反应器内的气液分布设备进行了数值模拟研究,并与实验结果进行了对比。考察了气液分布设备对气液两相的分布作用,包括分布器内的动态流动特征和流动形态。同时考察了气泡的大小、上升速度、压力降随着表观气液速的变化规律。结果表明：(1)选用VOF数学模型,可以清晰准确的模拟出气液分布器的动态流动特性和气液分界面,可以指导气液分布器的优化设计;(2)气泡的上升速度随着表观气速和表观液速的增大而增大;气液分布器出口气泡的直径随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;截面平均气含率随着表观气速的增大而增大,随着表观液速的增大而减小;气液分布器的压降则随着表观气速的增大而减小,随着表观液速的增加而增大;(3)相对于表观液速的变化,气液分布器对表观气速的变化敏感度更高,表观气速更影响分布器的工作负荷。     

三相鼓泡塔反应器液体流速分布的实验研究

采用示踪剂电子电极法对气-液-固三相鼓泡塔局部液体流速的测试结果表明，塔中心处的局部液速最大，近塔壁处最小，随表观气速增大，初始流体流动处于由均匀流型向过渡流型的转变；当表观气速继续增大，平均液速则明显增加，轴向液速的径向分布呈线性关系，表明流体的流动进入非均匀流型；三种不同结构的气体分布器对反应器中心线处轴向流速影响的实验表明，环状气体分布器的反应器底部存在一个狭小的回流区。     

三级碳化反应器中的气泡行为研究

针对“钙化碳化法”处理低品位铝土矿及赤泥新方法的核心环节碳化过程,为实现碳化反应器内气泡微细化及均匀分布,提高碳化效率,提出了“三级错流文丘里式射流反应器”,并进行了冷态物理模拟研究,考察了反应器内的局部气含率和气泡上升速度.结果表明,气含率随表观气速的增大而增大,随表观液速的增大而减小,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气含率大于前一级;气泡上升速度随表观气速和表观液速的增大而增大,沿反应器轴向逐渐降低,后一级反应器的气泡上升速度大于前一级,该结果为碳化反应器的设计和工业应用提供了依据.     

结构化反应器床层中两相流动特性实验研究

以空气-水为介质,分别以喷嘴和填充直径1mm玻璃珠的30cm高的床层为分布器,在表观液速为0.0522～0.1306m/s,表观气速为0.0739～0.5171m/s,气液并流向下的操作条件下,测定了0.1m直径塔中,孔径分别为1.1和2.1mm的2种结构化催化剂床层中的总压降和液含率等流动参数。结果表明,床层总压降随着表观气速、表观液速的增大均增大。液含率随着表观气速的增大而减少,随着表观液速的增大而增大。通过对2种分布器的比较可以发现,相同条件下,以喷嘴为分布器的床层总压降和液含率比以玻璃珠为分布器的床层总压降和液含率小。比较2种床层可知,相同条件下,结构化催化剂的孔径越小,其床层总压降与液含率越大。此外,建立了能较好预测两相摩擦因子以及液含率的经验关联式,偏差在±15%以内。     

毛细管中泰勒流的流动及液相分散特性

在竖直毛细管中以自来水为液相,氮气为气相,气液两相在泰勒流型操作范围内并流向上流动。采用CCD照相法获得流动参数,采用脉冲示踪法通过电导探针测定浓度-时间曲线。考察了表观气、液速对气含率、液栓长度、液相平均停留时间和轴向扩散系数的影响规律。结果表明,气含率在0.4~0.85间,随表观气速的增加而增大,随表观液速的增加而减小;液栓长度的范围是5~30mm,其变化规律则与气含率的相反;液相平均停留时间在6~11s,随着表观气、液速的增加而减小;轴向扩散系数的范围是20~110cm2/s,随表观气、液速的增加而增大,轴向混合加大;本文建立的彼克莱数关联式Pe=2.214Re^0.2ε_G^-0.364ψ_L^0.948 能够预测实验值,偏差在±20%以内。     

半间歇式沸腾床反应器中液相循环速度的测定

采用内径286 mm、高7.2 m的气-液-固三相沸腾床反应器进行了液相间歇、气相连续的操作研究，以水、空气、Al₂O₃球形颗粒构成三相体系，在固含率(体积分数)12%～30%和表观气速0.086～0.216 m/s下对宏观液相循环速度进行了测定。采用示踪剂法测定反应器进出口的多组示踪剂浓度曲线，使用MATLAB软件对液相轴向扩散系数进行求解，再代入爱因斯坦扩散系数定义式得到液相循环速度。实验结果表明，随着表观气速增大，液相循环速度相应增大；在固含率低于30%时，随着固含率增加，液相循环速度相应增加；但随着固含率进一步增大，液相循环速度的增幅越来越小。     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

以鲍尔环为内构件的鼓泡塔反应器的流体力学性能

对二甲苯氧化合成对苯二甲酸常用鼓泡塔作为气液反应器,以填料为内构件可以强化鼓泡塔反应器的气液接触状况,从而提高反应速率。以金属鲍尔环为内构件,考察鼓泡塔反应器的气液接触状况,采用高速摄像技术对气泡群进行图像分析,同时利用体积膨胀法测定气含率,研究不同型号鲍尔环作用下的气含率、气泡尺寸和粒径分布。结果表明,Φ25鲍尔环对气泡的切割效果最好,气泡的尺寸分布较为集中,主要处于3.00～6.00 mm之间,Sauter平均直径随气速增大而增大,并在高气速下趋于平缓;鼓泡塔反应器的气含率随气速增大而增大,且鲍尔环尺寸越小气含率越大。利用实验数据进行非线性回归,得到在实验气速范围内气含率与气泡Sauter平均直径、比表面积的关联式,计算值与实验结果较为吻合。     

CFD优化大型浅层鼓泡塔管式气体分布器结构

分布器结构影响大型浅层鼓泡塔反应器性能,采用CFD模拟研究了5种四管气体分布器,各分布器的通气管均匀布置在不同的分布环上（0.3/0.4/0.5/0.6/0.7＊DT）,模拟采用了双流体方法和多气泡簇MUSIG模型。文中较全面的考察了高表观气速下（Ug=0.1m/s）管式分布器分布环直径对反应器流型、相含率、液速、湍b流、气泡大小以及混合时间的影响;模拟结果表明整体气含率和混合时间均随环径比先增大后减小,气含率的最佳环径比在0.4左右,而混合时间最大值出现在0.5d/DT附近,当环径比小于时0.5,鼓泡塔内为单循环流动,大于此值,鼓泡塔内将形成双循环流动,不利于混合。     

气升式内循环反应器内的气含率与液体循环

研究了气升式内循环反应器内的气含率与液体循环。反应器包含一个传统的导流筒和三段缩放型导流筒。通过实验分别对气－水、气－CMC（羧甲基纤维素）溶液两相系统和气－水－树脂颗粒三相系统进行了研究。用两相漂移通量模型对三相牛顿流体和两相非牛顿流体进行了评价。结果表明，三段缩放型导流筒内的气含率高于传统的导流筒，且随表观气速而提高。在两相和三相系统中，导流筒结构参数的变化对气含率的影响很小。基于漂移通量模型的数学模型很好地描述了反应器内的液体循环。     

钙化渣碳化反应器的数值模拟

针对低品位铝土矿在工业中利用率不高、赤泥中高碱高铝等问题,提出了钙化-碳化法处理低品位铝土矿和赤泥的新方法.设计了文丘里式钙化渣碳化反应器,利用商用CFD软件ANSYS130/Fluent对该反应器中气液固三相流动进行了模拟计算.模拟和研究了表观气速等结构参数对钙化渣碳化反应器内速度场、气含率的影响,发现增大表观气速有利于促进气液间传质和反应,但气含率不宜过大.平均气含率的模拟值与实测值吻合良好,验证了所提方法的有效性.研究结果对钙化渣碳化反应器的设计及应用具有一定的参考价值.     

鼓泡塔内气含率分布与流场的CFD模拟

采用CFD商业软件对单层分布器、双层分布器和带导流筒3种结构鼓泡塔内气液分散性能进行数值模拟。研究结果表明,随着通气量的增加,鼓泡塔内气含率增高,但其分布的均匀性变差。鼓泡塔内存在过渡流域和充分发展流域,在过渡流域,塔内水平截面平均气含率随轴向高度而增加,在充分发展流域,塔内水平截面平均气含率不随轴向高度变化,2种流域的分界线位置和鼓泡塔的结构有关,而几乎不受通气量大小的影响。在相同通气量下,双层分布器和带导流筒鼓泡塔内平均气含率比单层分布器鼓泡塔低,但双层分布器相对单层分布器鼓泡塔可改善在耗氧反应体系中氧气分布的均匀性,采用带导流筒鼓泡塔可改善液体在塔内循环,使气-液反应在塔内更加均匀。     

高压下滴流床反应器动持液量的测定

在常压－２．０ＭＰａ的系统压力下测定了滴流床中气－液两相并流下流动的动持液量,了气－液流率,液相粘度,填料大小,压力以及床层高度对动持液量的影响。实验结果表明增中液体流率动持流量增加,气体流率增加时,结果相反粘度的增加对动持液量的影响不大,动持液量随填料空隙率的增大而变小。     

氧热法电石合成淤浆鼓泡床反应器的流动特性

针对氧热法电石合成的电石吸热反应和炭燃烧放热耦合特点,本文设计并研究了适用该过程的三相淤浆鼓泡床反应器。采用空气-水-氯化聚氯乙烯（CPVC）模拟物系,实测了不同表观气速、固体颗粒进料量和静液高度下淤浆鼓泡床床层中局部平均气含率、固含率轴向分布和大、小两类气泡的分布。结果表明表观气速越大,局部平均气含率越大;固体颗粒的加入减小了床层局部平均气含率。当Ug在0.136~0.196m/s之间时,固含率轴向分布随表观气速增大趋于均匀;固体颗粒进料量越小则固含率沿轴向分布越均匀。随着表观气速的增加,小气泡含量逐渐增加,大气泡含量逐渐减小;随着静液高度的增加,大气泡含量均是先增大后减小。上述结果表明电石生成反应与燃烧供热反应原位耦合于淤浆鼓泡床中是可行的。     

黏度对垂直上升管段塞流流动规律的影响

为研究在不同黏度的条件下的垂直管段塞流流动特性,进行了实验和数值模拟研究,对不同黏度下的截面压力、含液率、压差波动信号及压降值进行分析.结果表明:液相黏度的增大使气塞长度减小,并缩短至7.5～9倍的管径,段塞周期缩短,管道截面压力和压差波动会随之加快,平均持液率也逐渐增大,Mukherjee-Brill模型无法准确预测高黏油气流动的持液率,VOF(volume of fluent model)模型的持液率计算精度较高.液相黏度的变化对段塞流压降有一定影响,实验和模拟计算中都出现了负摩阻压降现象,总压降随着黏度增大而增大;Beggs-Brill模型的压降计算精度随着黏度的增加而降低,Hagedorn-Brown模型和VOF模型对压降的预测效果较好,误差低于15％,可见优于其他模型.