塔板式鼓泡塔的流体力学特性

研究了φ７ｃｍ金属丝网塔板（ａ＝０．６４）鼓泡塔的流体力学特性，气速和液速的变化范围分别为：０＜ｖｇ＜８ｃｍ／ｓ，０．３＜Ｖ１＜３．３ｃｍ／ｓ，塔内金属丝网析数为０～３７． 丝网塔板的应用有效地限制了气泡合并，并使气泡大小及分布均匀，气含率及相际面积均大为增加。但塔板的应用增加了鼓泡塔中的阻力降，其值可由分离流动摸型或由测定液相内循环速率及单相流动阻力系数得到。丝网塔板大大减小了鼓泡塔的液相返混，其流动接近于活塞流．     

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。     

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。     

三相下喷式环流反应器的气含率和传质性能

在三相非牛顿型流体体系中，对下喷式环流反应器的气含率和传质特性进行了实验研究。讨论了气速、液速、导流筒直径与反应器直径比、固体装填量、羧甲基纤维素钠溶液浓度及其流变特性对它们的影响。实验结果表明，气含率和传质系数随气速的增加而增加，而液速对其影响较小。在实验条件下，发现最优的导流筒直径与反应器直径比在０．４￣０．５这一范围，最优的固体装填量约为ψ＝０．０３，同时提出了气含率和容积传质系数的经验关联     

振动填料鼓泡塔中气含率的试验研究

在振动填料鼓泡塔中，选用2种填料进行气含率的测定试验，得到了实验条件下填料性质、流动方向、操作条件对气含率的影响曲线．分析其相互影响成因，从而为改进其工程设计提供了可靠的依据．     

鼓泡塔中的气含率

本文研究了鼓泡塔中的静态气含率，说明用压差法和体积法测得气含率数值的不同是由于气泡群上升时的曳力的作用。实验中测定了气含率沿塔高的变化和塔内液层高度对平均气含率的影响，并用十四种气液体系进行了实验．其结果表明，对于不同的物系，其气含率ε皆随气速ｕＧ的０．６１９次方而变化，这种行为可称之谓“流体力学行为的并行性”。因之．司用ε＝ａｕＧ～（０．６１９）来计算气含率，其中ａ随不同的体系而异．可在模型试验中通过少量实验来确定．     

鼓泡塔反应器的开孔率和液体反混

考察鼓泡塔内鼓泡现象,发现气流经过小孔的速度(称为小孔气速)需大于某一临界值,计算并比较了气流通过多孔板的干板压力降和表面能损耗,提出计算此临界气速的公式和确定最大开孔率的方法。用脉冲注入法测定鼓泡塔液体停留时间分布,提出非整数串连混合器模型,推导出其停留时间分布曲线方群式,计算结果与实验数据相符。并验证了Towell的轴向分散系数计算方法。     

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。     

ECT研究浅层鼓泡塔中的气含率行为

在内径0.14 m的浅层鼓泡塔内采用电容层析成像技术(ECT)研究了孔口气速和孔径大小对鼓泡塔气含率行为的影响。实验选用空气-去离子水体系,在轴向高度4.75、17.75 cm处同时测定气含率曲线,孔口气速范围为4~186 m/s。以单管为气体分布器,开孔率和孔径范围分别为0.14%~1.31%和5.3~16.0 mm。实验结果表明:气含率随气速的增大而增大;当孔径d0=10.5 mm,孔口气速大于19 m/s时,气含率曲线斜率发生变化,一定程度上表明此时的流型由鼓泡流开始向射流转变;在相同孔口气速下,气含率随孔径的增大而增大,且能谱图主频大小和谱宽也随孔径的增大而增大;得到了鼓泡过程中流型转变孔口气速uN,trans,发现uN,trans随孔径增大而减小,并对比文献认为对于空气-水体系,d0=10 mm可能是区分大小孔径的合理标准。     

CFD研究短导流筒对鼓泡塔流体动力学的影响

采用双流体模型及k-ε湍流模型模拟研究了短导流筒内构件对鼓泡塔流体力学性能的影响。共模拟了4种鼓泡塔,即简单鼓泡塔和3种安装有导流筒的鼓泡塔,塔径D均为190 mm,导流筒离底距离分别为0.5D、1.0D、1.5D,导流筒直径为0.7D,长度为1.0D。结果表明,简单鼓泡塔模拟结果与文献实验值吻合较好;安装导流筒后,导流筒下游气含率和轴向液相速度径向分布更为均匀,并且在不降低整体气含率的情况下,显著提高了鼓泡塔底部的液相轴向脉动速度,将有利于三相鼓泡塔内的固体颗粒悬浮。     

浆料鼓泡塔内吸附剂微粒增强气液传质的研究

为了考察吸附剂微粒对气液传质的增强,研究了浆料鼓泡塔内异丙醇-水/4A分子筛和叔丁醇-水/分子筛浆料系统内吸附剂微粒对气液传质的过程.考虑液相返混及气液两相间传质,建立了浆料鼓泡塔内气液传质模型,数值求解该模型,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好.考察了系统中加入吸附剂微粒后,不同固含率对不同平均粒径下增强因子的影响及粒径对液相传质系数的影响.结果表明,吸附剂微粒的加入使气液传质得到增强.固含率增加,气液传质增强,当固含率超过4%后,气液传质的增强变得缓慢.微粒的粒径越小,对气液传质增强越大.     

振动填料鼓泡塔中气含率的试验研究

在振动填料鼓泡塔中，选用２种填料进行气含率的测定试验，得到了实验条件填料性质、流动方向、操作条件对气含率的影响曲线，分析其相互影响成因，从而为改进基工程设计提供了可靠的依据。     

活性炭纤维流态化吸附过程的相含率分布特征

在一高1200mm、直径40mm的三相流化床实验装置上,采用压降法和取样法测定了不同操作条件下剑麻基活性炭纤维在床内沿轴向的分布特征,结果表明,在一定液速和气速下,气含率沿床高增加,而液含率及固含率则逐渐降低;一定液速下提高气速,床中的混合程度增大,而一定气速下提高液速,床中的离集(分级)程度增大．该研究成果可为活性炭纤维流态化吸附回收贵金属过程的放大和操作提供依据．     

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。     

方形气升式环流反应器的流体力学与传氧特性

在方形内环流气升式反应器空气-水两相体系中，从气含率、液体循环速度、混合时间和体积传氧系数，研究了直管、缩放管导流筒顶部有、无上挡板时的流体力学与传氧特性．结果表明，与无上挡板相比，有上挡板的气含率、体积传氧系数均有不同程度的提高，而液相循环时间、混合时间减小．实验还发现，采用上挡板可扩大操作气速范围．     

真空感应熔炼过程中微量Bi的挥发

研究表明，实验条件下向钢液中加入纯铋时铋的收得率为７．５４％。钢液中铋的军发过程受液／气界面的挥发反应及液相边界层中的扩散混合控制，共传质系数Ｋ２３在１０＾－２ｃｍ／ｓ数量级；实验得出了Ｋ２３值及钢液中铋浓度的经验计算公式；还探讨了熔渣覆盖对钢液中的铋挥发的影响。     

充液填料塔的传质性能分析

本文分别对充液填料塔的气相和液相传质性能进行了分析,并考虑了液体纵向混合的影响。结果说明,充液填料塔中的气相传质系数并不比普通填料塔中的大,液相的则较大而单位体积的相接触面积则不一定总是大于填料层的几何比表面积。此外,作者认为,既然在篩板上的鼓泡层中,分子擴散系数是有显著影响的,因而在充液填料塔中也应该是有影响的。从而认为,用界面动力状态理论来说明充液填料塔的传质机理是值得商榷的。     

鼓泡塔中气液两相流与浸没在其中的水平管间的传热研究

本研究对鼓泡塔中气液两相流与浸没在其中的水平管间的对流传热系数进行了实验测定。着重研究了表观气速、液相粘度和液相表面张力对传热系数的影响。实验证明,鼓泡塔内的传热系数与传热管的方位无关,其传热系数可按文献[1]的关联式进行关联。     

鼓泡床反应器中气泡尺寸和速率分布的实验研究

在内径为0.1 m、高度为1.5 m的鼓泡床反应器中,当表观气速(ug)为0.53~7.46 cm/s时,利用双头电导探针测定了上升和下降气泡的尺寸和速率。实验结果表明:在所测试的表观气速范围内,存在3个流型区域,即安静鼓泡区、过渡区和湍流鼓泡区,3区域间转变的ug分别为2.13 cm/s和4.26 cm/s。考察了不同流型区内上升和下降气泡的尺寸和速率的轴向和径向分布:在安静鼓泡区,气泡的尺寸和速率分布均匀;而在过渡区和湍流鼓泡区,气泡的尺寸和速率随反应器轴向和径向位置的改变而发生明显的变化。相同ug下,在反应器中心,下降气泡比上升气泡尺寸小30%~40%;当ug一定,轴向高度为0.6 m(h/D=6)时,反应器中心的下降气泡比上升气泡速率小55%左右;而在无因次径向位置r/R=0.8处,下降气泡比上升气泡速率小40%左右。     

鼓泡塔中液相混合时间的影响因素

分别以自来水、醋酸-去离子水溶液(醋酸质量分数分别为1%、5%和10%)为液相,空气为气相,在直径分别为200 mm和400 mm的鼓泡塔内,采用4种气体分布器(单管、四管、分布板和微孔板),考察当表观气速Ug为0.006~0.250 m/s,鼓泡塔高径比H/D为0.8~7.0时,鼓泡塔有无内构件条件下的液相混合时间。结果表明:对于空气-水体系,当表观气速较低时,增加表观气速,液相混合时间明显缩短,表观气速对混合时间的影响逐渐消失,混合时间随鼓泡塔高径比的增加而迅速增加;当以醋酸水溶液为液相时,在特定表观气速(0.10 m/s)下,体系呈现出发泡性质,tm-Ug曲线出现"跳跃点",该点处液相混合时间为相同条件下自来水体系的2~3倍;高于或低于此特定表观气速,两种体系混合时间的差别较小。即在不发泡条件下,液体离子强度、表面张力对气液相混合不足以产生显著影响。增加导流筒可以使液相混合时间延长。引入横向换热管后,混合时间延长,且表观气速的影响范围变大,表观气速对混合时间的影响不是单调关系,存在极值点。