气升环流反应器用于黄原胶的发酵

针对典型高粘性流体黄原胶的发酵特点,设计了一种新型气升环流反应器,对反应器中液相流型与操作条件之间的关系进行了实验考察,分析了反应器中高剪切区利用流体剪切变稀特性强化传质的原理.黄原胶发酵实验表明,新型气升环流反应器比"通用式"机械搅拌罐更适合于高粘度培养物的发酵.     

固体颗粒对三相气升式环流反应器流动特性的影响

将液相视为连续相,气相和固相视为分散相,同时考虑各相之间的相互作用,结合气液固三相流体的动力学理论,建立气液固三相环流反应器三流体湍流流动的Eulerian模型.采用计算模拟软件Fluent对三相环流反应器的流动状况进行模拟,考察表观气速、固含率、颗粒大小对反应器的气含率以及液体流动速度的影响.模拟结果较好地解释了气升式环流反应器内的三相流体行为,模型与实验结果较好地吻合,表明了模型的可行性.     

气升式外环流反应器结构特性对传质的影响

研究了气升式外环流反应器（EALR）结构特性（高径比、喷嘴结构、喷嘴位置、两管中心距）对气含率、液体体积传质系数的影响。得出了反应器的较优结构尺寸。在冷模试验优选出确定结构的EALR中进行了苏云金杜菌的发酵实验,与传统的机械搅拌罐相比,苏云金杆菌的发酵周期可缩短9h左右,发酵水平可提高35%。     

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。     

超声波气升式内循环反应器流体力学性能研究

研究了超声波对气升式内循环反应器流体力学性能的促进作用，重点考察比较了有无超声波时气升式反应器性能及超声功率对反应器气含率、液体循环速度、混合时间等的影响，实验证明，超声波的加入对气含率未见影响，有使液体循环速度逐渐减小的趋势，而对混合时间的影响较复杂。在小气速下，小功率超声波促进流体的径向混合，随着超声功率的增加，超声振动阻碍流体的径向混合，因而存在一个最佳的超声功率，并且超声波对混合时间的影响随着表观气速的增加而逐渐减小。提出了该反应器流体力学关联式。     

超声波气升式内环流反应器合成乙酸苄酯

以乙酸、苯甲醇为原料,浓硫酸为催化剂,在常温下用超声合成乙酸苄酯。实验考察有无超声、超声声强、不同通气量、不同气体性质及不同反应器等参数对催化合成乙酸苄酯的影响。实验结果表明:在超声频率为10 kHz条件下,超声声强为1.0 W/cm2,反应体系中空气流速为0.3 L/m in时,合成乙酸苄酯的酯化率最佳,酯化率达到65.8%。实验中采用的超声波气升式内环流反应器较普通的气升式内环流反应器具有较好的优越性,合成方法反应条件温和,操作简单且反应速度很快。     

气液固三相喷射环流生物反应器中液速研究及应用

开发了一种内热式换膜液体流动速率测量仪,该测量在单纯液相中的精度优于１．５％,同时克服了固体粒子及气泡对测量仪的干扰作用,可较好地用于气液固三相中的液速测量,对气液固三相喷射环流生物反应器中流体流动速率进行了测量,得到了不同操作压力、气体进料量、不同轴向位置的液体速率分布,利用该反应器进行了生物降解处理染料工业废不的应用研究 。     

缩放型导流筒气升式内环流反应器特性——气液两相牛顿流

从气相含率、液体循环速度和体积氧传质系数方面研究气液两相牛顿流体在缩放型导流筒气升式内环流生物反应器内的流体力学与传质特性.内导流筒分别采用传统圆柱型和三种不同结构参数的缩放型,实验介质为空气—水两相牛顿流体系.结果表明,与传统圆柱型导流筒比较,缩放型导流筒气相含率提高10%以上,体积氧传质系数在较大范围内提高.圆柱型导流筒反应器的液体循环量(Ar·ULr)大于各缩放型导流筒反应器的液体循环量.还在Higbie穿透理论和Kolomogoroff各向同性理论的基础上建立了体积氧传质系数与操作条件管结构参数间的关联式.     

气升式反应器气液混合及传质特性的CFD模拟

气液混合时间和体积传质系数是气升式反应器设计和放大的重要参数。采用实验与流体动力学CFD数值模拟技术相结合的方法对气升式内环流反应器的气液两相混合和溶氧过程开展研究。以欧拉-欧拉模型为基础,利用标准k-ε及多尺度气泡(MUSIG)模型耦合Higbie渗透理论进行计算,对反应器内气液两相流的混合和氧传质进行CFD数值模拟。考察示踪剂进样位置和表观气速对混合时间的影响,并研究表观气速对体积传质系数的作用规律。结果表明:示踪剂注射位置越靠近曝气区,气液混合时间越小,在一定表观气速下,混合时间随着表观气速的增大而减小,体积传质系数则随着表观气速的提高而增大,CFD数值模拟结果与实验结果较好吻合,进一步验证了CFD数值模拟技术在气升式反应器设计和放大中的可行性。     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

循环流化床脱硫器文丘里式入口对流动特性的影响

以循环流化床脱硫反应器为研究对象，所建的实验装置采用了工业上最新应用技术——文丘里管气体分布器，对文丘里扩散段和提升管内的速度场进行了测量，用速度分布不均匀度的概念详细讨论分析了气体轴向速度沿径向位置的分布和轴向发展规律，并与数值模拟解进行了对比．研究结果表明，装置的侧向进口结构和回料管的存在严重影响提升管底部气体速度分布的均匀性，提升管底部产生了不良的气体流动行为，在回料管一侧，甚至出现了旋涡，提升管段的稳定流动区域远离提升管的进口端．     

产气井内气液两相流流量测量方法

针对大庆油田气井内广泛存在的气液两相流流量测量问题,提出了伞集流式涡轮流量计与电导传感器组合的气液两相流流量测量方法,并采集了104组不同流动工况下气液两相流的涡轮和电导波动信号．采用从电导波动信号中提取的吸引子形态特征量对伞集流后测量通道内的气液两相流流型进行辨识,取得了较好的流型分类效果．在总流量为0．1～2．5m^3／h、含水率为0．04～0．97范围内,基于气液两相流涡轮波动信号建立了总流量测量模型,预测总流量绝对平均相对误差为7．9％．从电导传感器测取的波动信号提取了与相含率有关的时频域特征量,通过支持向量机软测量模型实现了含水率预测,预测含水率绝对平均误差为0．038．研究结果表明,采用伞集流涡轮流量计与电导传感器组合可以较好地测量气液两相流流量和相含率．     

渣油催化裂化工业提升管反应器的数值模拟

应用渣油催化裂化提升管反应器三维气固两相流动、传热及反应的数值模型,对工业提升管反应器进行了全面系统的数值模拟计算,得到了提升管反应器“灰箱”内部的流动、传热及催化裂化等信息,初步揭示了催化裂化提升管反应器内部流动、传热及反应过程之间高度耦合、相互影响的基本特性。模拟结果表明,在提升管内气固两相沿轴向、径向和切向都存在着浓度、速度及温度变化梯度,这是造成催化裂化反应速度分布不均匀的主要原因。提升管的进料段是裂化反应最复杂的区域。在喷嘴上方５～１０ｍ处原料油反应基本结束,柴油产率最大值出现在提升管中下部,汽油产率最大值出现在中上部。提升管出口处反应温度及各组分浓度的模拟计算值与工业装置数据相一致,这说明该模型对工业提升管反应器具有较好的预测性,同时也验证了它的可靠性及合理性。     

三相流化床内不同空间位置压强脉动的特征分析

利用半导体应变片压力传感器。测定了不同操作条件下气-液-固三相流化床内不同轴向和径向位置压强的脉动信号。根据压强脉动信号波形和频域的分析结果,研究了三相流化床不同空间位置压强的脉动特征。发现在一定操作条件下,床层不同轴向位置上压强的脉动特征不同,而不同径向上压强的脉动特征则基本相似。     

提升管内颗粒的微观运动行为

由激光多普勒测速仪获得了提升管中颗粒速度的瞬时信号 ,分析了提升管中颗粒的微观运动特征。研究表明 ,局部位置上颗粒速度概率密度分布为双峰形式 ,两峰分别对应于稀相中的颗粒与密相颗粒团 ,可用正态分布函数描述其双峰 ,并由此获得稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度和两相的相含率。稀相中的颗粒及密相颗粒团的速度沿径向的分布为中心高、边壁低 ,且床中心区以稀相为主导 ,边壁区则被颗粒团所控制。提升管两相的微观运动特征及其分布造成了提升管内固含率及颗粒速度径向分布的不均匀宏观现象。     

重油催化裂化装置提升管在线取样研究

利用自行研制的工业提升管在线取样系统对胜利石化总厂重油催化裂化装置提升管进行了在线取样 ,并对取得的液体和催化剂样品进行了分析 ,从而得到了重油催化装置提升管反应器中液体产品分布、催化剂活性、催化剂上碳含量沿提升管高度的变化规律。重油催化裂化反应主要发生在提升管的中下部区域 ,改善产品分布和优化反应进程必须在此区域采取措施 ,应对该区域的反应参数 (反应温度、催化剂性能及进料性质等 )进行控制。在提升管油剂混合处 ,催化进料并没有完全汽化 ,仍有部分重组分以液相存在 ,这对提升管反应器内的反应过程不利 ,易使提升管喷嘴上方区域结焦。     

控制棒位置及局部温度扰动对熔盐堆有效倍增因数影响的研究

熔盐堆是第四代反应堆中唯一一种以液体为燃料的反应堆,因此对于熔盐堆反应性的研究不同于其他反应堆。基于蒙特卡洛方法,利用 Monte Carlo N-Particle(MCNP)软件模拟控制棒在堆芯径向不同位置及轴向不同插入深度对熔盐堆堆芯有效倍增因数的影响。随后将熔盐堆堆芯由上到下划分成八个区域,分别计算熔盐与石墨在八个不同区域发生多普勒效应以及发生膨胀效应对整个堆芯的有效倍增因数的影响。结果表明控制棒位于熔盐堆不同位置对反应堆有效倍增因数影响不同,沿径向21.21 cm处插入深度80 cm时控制棒有效利用价值最高。熔盐在不同区域发生多普勒效应时,顶部和底部对反应堆有效倍增因数影响相对较大。不同区域熔盐发生膨胀效应时,轴向中心处对有效倍增因数的影响相对较大。石墨发生局部温度扰动对有效倍增因数的影响较小。     

原料预热温度对催化裂化装置动态和定态特性的影响

利用前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置动态机理数学模型及其仿真软件平台,考察了原料预热温度对反应再生系统动态和定态特性的影响。在控制汽提段和二密相床藏量的条件下,当同时控制或不控制沉降器压力和反应温度时,反应再生系统是稳定的;否则是不稳定的。在控制再生器压力、沉降器压力和提升管反应器出口温度的条件下,提高原料预热温度,反应深度（以反应热表征）降低,气体、汽油和焦炭产率均下降,但柴油产率下降很少,再生剂含碳量降低。因此,应适当提高反应温度设定值,以改善产品分布。在再生器压力、沉降器压力和提升管出口温度均不被控制时,提高原料预热温度,气体、汽油和焦炭产率及反应深度变化很小。由于再生温度提高较大,再生效果得到改善。     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.     

基于CFD的自动计量弧形闸门水力特性三维数值模拟

建立了自动计量弧形闸门不同开度时,闸门安装段流体计算域的三维模型,采用VOF模型及标准k-ε模型对过闸水流进行三维数值模拟.获得过闸水流的流动特性和渠底所受压力曲线,分析其流速、流场、压力分布的变化规律,提出了闸门安装段渠道结构的改进方案并进行仿真.结果表明:与现有弧形闸门安装渠道相比,修建消力池、加长闸后矩形明渠的长度,不仅可以削弱水流对渠道的冲刷与破坏作用,减少闸门底部泥沙堆积,而且闸门前后渠底所受压力平稳区的水压波动范围减小,有利于提高水位测量精度.