氧热法电石生产复合床反应器预热区的设计计算

针对氧热法电石生产工艺中复合床反应器预热区高温CO和原料层进行热交换的体系,建立了计及原料颗粒内热阻的移动床气固两相换热模型。重点考察了反应器预热区气固两相温度的分布,计算了不同原料粒径和不同预热区直径条件下,达到反应器换热要求所需要的换热高度,并得到了气固两相温度分布的解析解。结果表明：（1）颗粒粒径较大时（ε的值小于33）,颗粒内热阻成为气固两相换热过程的控制步骤,综合考虑床层透气性和床层压降等制约条件,在可选范围之内应优先选用直径为1cm的原料;（2）移动床气固换热过程主要受控于ε、β和γ这3个无因次参量,并且主要受控于ε;（3）气固两相温度分布的解析解,能为此类颗粒移动床换热过程提供初步设计依据。     

锥形下行床内流动行为的CFD数值模拟

针对传统圆柱形下行床中固含率较低的问题,提出采用锥形下行床作为褐煤热解反应器。采用CFD软件进行数值模拟,考察了颗粒循环通量、密度、粒径等因素对锥形下行床中径向和轴向流动规律的影响。结果表明:增加颗粒循环通量或降低颗粒密度均可显著提高床层固含率平均水平,并强化颗粒对浓相环形区峰值的影响;颗粒粒径对固含率影响较弱,主要影响浓相环形区出峰位置;颗粒循环通量显著影响着反应器内轴向压力的变化幅度。通过考察气固轴向速度分布发现,减小颗粒密度和粒径可降低气固间滑移速度,有效提高颗粒的跟随性。与传统圆柱形下行床相比,锥形下行床可显著提高床层平均固含率,适合于褐煤热解等以颗粒相作为反应物的快速反应。     

错流移动床内气固两相流动特性的研究

建立了错流移动床气固两相流动的实验系统。研究了错流移动床内单相流动和两相流动时的压降、颗粒流动对压降的影响;以及颗粒尺寸、形状对床内压降的影响。结果表明床层压降随着气速的增大而增大;气速越小,气体沿床层高度分布越均匀。颗粒流动对整床压降几乎没有影响。颗粒的粒径越小,床层压降越大。不同形状的颗粒由于空隙率和堆积结构不同导致床层压降不同,椭球形颗粒压降最大,圆柱形颗粒压降最小。另外,建立了计算不同尺寸圆柱形颗粒的压降的关联式,预测值与实验值十分吻合。     

流化床烟气脱汞气固两相流动的可视化研究与数值模拟

为了探究流化床烟气脱汞反应器内气固两相的流动过程,通过可视化显形实验对不同主流化风速、床层物料高度、颗粒粒径和活性炭喷口速度下反应器内气固流动的行为和特征进行了研究.通过计算流体动力学方法对气固两相流动过程进行了数值模拟,并与实验进行比较.结果表明,数值模拟具有流动模拟的可靠性.主流化风速增加或颗粒粒径减小,均会加剧气固两相流动的剧烈程度,活性炭喷口气流会造成气固两相的局部湍动,但床层物料高度由于受到壁面与颗粒的摩擦力和内部气泡大小的综合作用,对气固流动行为的影响不显著.     

移动床气固流与水平埋管的传热特性研究

对正压差条件下顺重力移动床气体－颗粒流与水平埋管的传热特性进行了实验及理论研究，揭示了埋管表面附近气体颗粒局部流动及换热的特点，建立并简化求解了描述移动床气固流与埋管间传热的物理数学模型，结果表明，细颗粒气固移动床的床层颗粒质量流率是影响传热效果的主要因素，压力作用则是通过改变床层颗粒质量流率及气体渗流率和热容来影响传热的。     

CuO/Al2O3作为载氧剂的流化床化学链燃烧数值模拟

以欧拉-欧拉双流体模型和气固非均相化学反应动力学为基础,嵌入了气固化学反应速率方程和反应内热源项的UDF(自定义函数)程序,对化学链燃烧燃料反应器——鼓泡流化床内气固两相流动及化学反应过程进行了数值模拟,并分析了甲烷进气速度对床内气固两相流动、传热及化学反应速率的影响.结果表明:随着甲烷进气速度增加,床内气固混合更加剧烈,气泡的产生、碰撞和破碎使得气固分布不均,流化质量下降,导致反应器内化学反应速率以及温度分布不均,床内局部存在的高温区域将使颗粒温度过高而烧结,降低了甲烷燃烧效率.     

气固流化床颗粒间辐射换热模型

通过对气固流化床乳化相中颗粒群结构的进一步认识，建立了颗粒间的辐射换热模型，比较了不同颗粒直径、不同床层温度水平及不同流化工况下颗粒间辐射换热与通过气膜导热份额的大小，并预测了流化床反应器中反应颗粒与惰性床料之间的温差，对于流化床反应器选择合理的运行工况和进行操作参数优化具有参考价值．     

气固流化床颗粒间辐射换热模型

通过对气固流化床乳化相中颗粒群结构的进一步认识，建立了颗粒间的辐射换热模型，比较了不同颗粒直径、不同床层温度水平及不同流化工况下颗粒间辐射换热与通过气膜导热份额的大小，并预测了流化床反应器中反应颗粒与惰性床料之间的温差，对于流化床反应器选择合理的运行工况和进行了操作参数优化具有参考价值。     

床料对固废流化床颗粒混合特性的影响

在横截面为200 mm×200 mm、高1 200 mm的方形截面冷态流化床反应器中,对4种异型模拟固体废弃物颗粒在不同床料辅助流化下的分布特性进行了试验研究.结果表明,床料密度对床层内颗粒混合的影响较大,床料密度的增大使固废颗粒的浮升趋势显著增强,单种固废颗粒在床层内的分布特性取决于床料密度与此种颗粒密度的比值ρb/ρp,且对4种固废颗粒考察后发现,当ρb/ρp≈2.4时,床层混合最为理想.床料粒径的增大同样增强了固废颗粒的浮升趋势,但提升幅度相对较小.床料体积分数增大有利于床层内颗粒的稳态混合,为保证固废流化床内良好的流化混合质量,床料体积分数应大于80%.     

连续重整径向再生器烧炭区的数值模拟

对连续重整径向再生器烧炭区的化学反应过程及传递过程进行了详细的理论分析 ,建立了烧焦反应的本征动力学方程、催化剂内外扩散模型、床层中传质、传热模型以及气固两相的流动模型 ,并在此基础上建立了错流移动床烧焦数学模型。运用该模型计算了连续重整再生器烧炭区床层内的温度、氧浓度和炭浓度的分布。研究结果表明 ,在床层上部内筛网处出现恒定的高温区 ,通过控制再生循环气中氧气的浓度可以控制床层的最高温度 ,并且两段烧焦有利于减少烧焦所需要的床层长度。模拟计算得到的再生器烧炭区床层温度分布与工业现场测量值基本吻合 ,该模型可用于分析和预测连续重整再生器烧炭区床层的温度、氧浓度和炭浓度分布 ,对设计和生产具有一定的指导意义     

粒径对气固流化床操作特性的影响

分析比较了常温和高温条件下颗粒粒径对气固流化床中最大稳定气泡尺寸的影响规律，从而得到不同温度水平下一定颗粒粒径的流化床可能出现腾涌现象的床层高径比范围，为流化床反应器选择合理的颗粒粒径提供了一定的理论依据。     

连续重整径向再生器烧炭区的数值模拟

对连续重整径向再生器烧炭区的化学反应过程及传递过程进行了详细的理论分析,建立了烧焦反应的本征动力学方程、催化剂内外扩散模型、床层中传质、传热模型以及气固两相的流动模型,并在此基础上建立了错流移动床烧焦数学模型。运用该模型计算了连续重整再生器烧炭区床层内的温度、氧浓度和炭浓度的分布。研究结果表明,在床层上部内筛网处出现恒定的高温区、通过控制再生循环气中氧气的浓度可以控制床层的最高温度,并且两段烧焦有利于减少烧焦所需要的床层长度。模拟计算得到的再生器烧炭区床层温度分布与工业现场测量值基本吻合,该模型可用于分析和预测连续重整再生器烧炭区床层的温度、氧浓度和炭浓度分布,对设计和生产具有一定的指导意义。     

循环流化床锅炉气固两相流动特性的试验研究

对影响循环流化床气固两相流动特性的因素进行了试验研究。结果表明,在循环流化床内存在着两个界限很明显的区域:下部的密相区和上部的快速区;在快速区内部分颗粒均匀地悬浮在上升气流中,另一部分形成颗粒团,它在循环流化床内作剧烈的上下运动,使床内颗粒浓度分布比较均匀;循环流化床内,床层密度在底部较大,风速增加,床层密度下降。     

导向管喷动流化床固体颗粒的循环量

在内径为182mm的导向管喷动流化床中,用平均粒径为2．2mm的尿素为物料,对喷动流化床固体颗粒循环量进行了研究,考察了对导流管安装高度、喷动口直径和物料床层高度的变化对固体颗粒循环量的影响．实验中发现了当喷动流化床环形区处于移动床状态时,导向管安装高度越高、喷动口直径越大、物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量也越大;当环形区处于流化床状态时,喷动口直径和导向管安装高度对固体颗粒循环量影响不大,而物料静止床层高度越高,固体颗粒循环量越大．结果表明,在环形区处于移动床和流化床两种状态下,导向管安装高度和喷动口直径对固体颗粒循环量的影响是不同的．     

操作参数对催化裂解旋流反应器流动梯度场的影响

为揭示旋流反应器内生物质热解气与催化剂的混合流动状态,加速生物质热解气的催化裂解,利用本实验室自制的生物质催化裂解旋流反应器,采用k-ε模型与Eulerian双流体模型进行模拟分析,研究了入口气速和催化剂粒径对反应器内的固相体积分数、压力、速度的影响规律,并进行了实验验证。结果表明:速度变量下,轴向气相速度的改变对于反应器内的体积分数分布影响较小,而切向气相速度的影响较大。接触主反应区内,催化剂粒径为10μm左右时,混合程度最优;在反应分离耦合区内,颗粒粒径改变对分离效果无显著影响。4种催化剂粒径工况下,粒径10μm状态更有利于气固两相的分离;入口速度改变时,较大的切向入口速度可导致气体流量增大,有利于反应器内的气固流动,提升气固分离效果。     

脉动流化床内换热面与床层的传热特性分析

在大颗粒气固流化床中，颗粒的随机运动、颗粒之间的相互碰撞对颗粒传热影响较大．对脉动流化床内换热面与床层的传热特性进行了试验研究，试验中观察到的脉动床最大传热速率比普通流化床的传热速率提高15％左右，对于较大直径的颗粒，脉动流化床的传热效果更突出；在实际操作过程中，选择合理的床层静止高度和气流脉动频率对提高传热系数有利．     

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。     

用于钙循环CO2捕集的串行流化床气固流动特性实验与模拟研究

为进一步开发适用于钙循环捕集CO2过程的双流化床反应器,采用实验测试和数值模拟方法对新搭建串行流化床的气固流动特性进行研究.首先通过冷态实验对床层压降以及颗粒循环速率等气固流动特性进行测量,然后,使用Fluent软件对床内的气固流动过程进行CFD数值模拟.研究结果表明:煅烧反应器入口风速、上下流动密封阀入口风速、床料量...     

文丘里热解反应器结构对流场影响的模拟研究

文丘里热解反应器制备的氧化铈产品存在粒径不均的现象,需要对文丘里热解反应器进行结构优化,进一步强化气固混合效果和倒吸效果,改善粒径分布.利用Fluent19.0软件,采用欧拉-欧拉多相流以及标准k-ε模型研究了9种不同结构的文丘里反应器内部氯化铈热解过程,分析了反应器内部气固混合和倒吸效果.结果表明:引流管长度为35mm,气固混合效果最好;引流管长度45mm,倒吸能力最好.喉管长度为150mm,气固混合效果最好;喉管长度为100mm,倒吸能力最好.扩张段直径与收缩段直径比为2∶2时,气固混合效果最好,倒吸能力最好.     

工业聚乙烯流化床的气固流动特性数值模拟

采用计算颗粒流体力学（CPFD）的数值模拟方法,对工业级聚乙烯流化床内的气固流动特性进行了冷态模拟,并利用Matlab的图像处理功能将图像的像素点与模拟网格进行对应来计算流化床内的气泡大小。从流化床流动结构、颗粒、气泡3个角度,研究了不同气速、不同初始物料量对工业级聚乙烯流化床的气固流动特性的影响。结果表明：从颗粒的轴径向分布情况可以看出,工业流化床内部的边壁效应明显较弱,密相区整体呈现较为均匀的颗粒分布;气速对于流化床气固流动的影响较大,当气速为0.46 m/s时,流化床内密相区的颗粒分布最为均匀,整体的流动较好;初始床层高度主要影响流化后密相区的高度,对于床层膨胀率的影响较小。