气-液-固三相循环流化床局部相含率分布

应用自行开发的微电导探针测试技术,以玻璃珠(dp=0·48mm,ρs=2460kg·m-3)和苯乙烯颗粒(dp=1·45mm,ρs=1264kg·m-3)为固相,空气为气相,水及0·05%、0·20%(质量)SCMC(羧甲基纤维素钠)水溶液为液相,对三相循环流化床(TCFB)的各相局部含率进行了同时测定.考察了不同表观液体速度、辅助液体速度、液体黏度及颗粒密度对局部相含率轴径向分布的影响.在不同操作条件下,获得了1286套局部相含率实验数据.给出了局部固含率和局部气含率与操作条件、流体物性及床层轴径向位置的关联式,关联式的计算值与实验值吻合较好.

气-液-固三相搅拌槽反应器模型及模拟研究进展

综述了气-液-固三相搅拌槽反应器模型和模拟的研究进展。讨论了可用于气-液-固三相流的模拟方法,三相流模型适合于气-液-固三相搅拌槽反应器的数值模拟。给出了气-液-固三相搅拌槽反应器数值模拟的研究进展,目前研究中还缺乏基于机理的相间作用力模型,常用的湍流模型不能描述搅拌槽内的各向异性,没有局部性质的实验数据导致气-液-固三相搅拌槽反应器的模型和模拟无法得到充分验证。建议在今后的研究中构建"两尺度"气-液-固三相湍流单元胞模型,扩展两流体显式代数应力模型为三流体模型,开发局部照相探针技术及相应的图像处理软件。

气液固三相外环流反应器相含率分布与气液流动结构

结合电阻层析成像和差压法,以粒径3mm的聚氨酯(密度1110kg/m3)和粒径0.5,1,3mm的玻璃珠(密度2460kg/m3)为固相、空气为气相、水为液相,在直径0.09m、高3.1m的气液固三相气升式外环流反应器中考察了固相颗粒密度、粒径、固相含率对上升管和下降管中气含率的影响.结果表明,当玻璃珠粒径为0.5和1mm、表观气速ug>0.10m/s时环流反应器可达到充分发展段.以玻璃珠为固相时,气含率随固相含量和粒径增大而增大,从层析图像可见,在r/R=0～0.2处出现非导电相的极大值,且加入大颗粒的下降管中气固含率明显大于加入小颗粒的.根据电阻层析成像的虚拟像,给出了时间序列的气固混合相的流动特征.

气液固逆流三相湍动床局部相含率的分布

应用微电导探针测试技术，对聚乙烯颗粒（dp=4．01mm，ρs=926kg·m^-3）为固相，水、质量分数0．05％和0．2％羧甲基纤维素钠（SCMC）水溶液为液相，空气为气相的逆流三相湍动床的各相局部含率进行了同时测定，获得了720套局部相含率实验数据。在表观气速Ug等于Ug3（颗粒在轴向均匀分布时的表观气速）时实验发现，局部固含率（εs）呈现床中心处小，床壁处大的分布规律，且在r／R=0．75～0．90范围内有极大值，极大值出现的范围与传统流化床相比增大；局部气含率（εg）呈现床中心处最大，床壁处最小的分布规律，与传统流化床相比，εg在径向上的非均匀性分布愈加明显。另外，建立了局部含率与操作条件、流体物性及径向位置的关联式，关联式的计算值与实验值吻合较好。

采用电阻层析成像技术测量三相外环流反应器中相含率的实验研究

结合电阻层析成像技术和差压法,以平均粒径为3mm的聚氨酯为固相,空气为气相,水为液相,对φ90mm的气升式三相外循环环流反应器中局部相含率及其径向分布进行了研究.结果表明,在实验范围内,增大固相体积分率不影响气含率在上升管中的分布特征;固含率随着表观气速的增大先增大,当表观气速ug=0.09m/s时反应器达到充分发展段,固相已充分循环;上升管中气固虚拟相的径向分布呈中心高、边壁低的特征,但并非严格对称,在r/R=0～0.2间出现极大值;下降管中气固虚拟相在径向上分布较为均匀.本工作证实了两种技术相结合测量气液固三相相含率的可行性.

测定气—液—固搅拌槽内相含率分布取样法的改进

在化工冶金和环境保护等领域应用十分广泛的气—液—固三相搅拌槽反应器由于缺少基础实验数据造成设计放大的困难。对于能直接有效地反映反应器内部特性的分散相(气泡和固体颗粒)的局部相含率分布,目前仍然没有可靠的实验测量方法。在总结前人工作的基础上,设计了一种带喇叭口的取样管,并进行局部相含率的测量,验证了该取样管的可行性。当开口大小为取样管管径的3倍时测量结果最准确,开口朝下时更易收集气体。改进的取样法实现了对以空气为气相、水为液相、石英砂为固相的三相搅拌槽内局部相含率分布的测量。实验采用单层标准Rushton桨(RTD),通过实验数据分析发现:局部固含率由中心沿径向逐渐增大,由槽底向上则逐渐减小,而局部气含率则由中心沿径向减小,由槽底沿轴向分布较均匀,测定结果与对反应器的定性认识相符。

自吸式反应器的数值模拟及在酵母发酵中的应用

采用计算流体力学(CFD)模拟和酵母发酵实验相结合的方法,研究自吸式反应器内的气液两相流动及传质。基于对自吸式反应器内流体流动、气液相际传质的研究,采用加置气体分布器的方法强化自吸式反应器内流体力学传递性能,并将数值模拟结果应用于酵母发酵。结果表明:在相同的培养条件下,加装气体分布器的自吸式反应器培养酵母比无气体分布器的自吸式反应器产率平均提高23.64%。

三相流化床中表观气速对电导率及相含率的影响

应用电导探头测试技术,以直径5～6mm、颗粒密度2.6g/cm3的玻璃珠为固相,空气为气相,自来水为液相,对三相流化床中不同部位的电导率进行测定,研究了表观气速对电导率、气含率的影响.结果表明,径向上(除测孔1外)越靠近流化床中心部位电导率越低,轴向上与气体分布板距离越远电导率越低.在表观气速分别为0.81和2.82m/s时,流化床中心区域气含率较大,靠近边壁区域气含率减小(除测孔1外),随表观气速增加,气含率增加,气含率径向分布均匀性变差,轴向越向上气含率越大(除测孔1外),气含率轴向分布均匀性变差.

气液固三相流化床局部相含率

在以焦末为固相、空气为气相、水为液相的三相流化床中研究了局部气含率和局部固含率径向分布。实验用流化床内径100 mm,高1.7 m,焦末粒度1.07 mm。分别采用电导探针法和光纤法测定局部气含率和局部固含率。结果表明:表观气速为0.35—0.71 cm/s,表观液速为2.12—3.54 cm/s时,局部气含率在流化床中沿径向r/R=0—0.8处分布较均匀,在靠壁面处下降至约0.5%,且随表观液速增加而减小,随表观气速增加而增大,且在距分布板轴向高度分别为370 mm和470 mm时趋势一致,大小沿轴向增加,在表观气速一定时,液速小于2.12 cm/s时,气含率沿径向减小的趋势较明显。局部固含率沿径向分布较均匀,基本不随表观气速变化而变化,随表观液速增大而增大,且在距分布板轴向高度分别为370 mm和470 mm时趋势一致,大小沿轴向减小。

液体粘度对三相流化床局部相含率径向分布的影响

应用开发的微电导探针测试技术，以粒径分别为0．48mm、0．80mm、12．5mm的玻璃珠和1．45mm的苯乙烯树脂为固相，空气为气相，水和0．05％（wt％）、0．20％（wt％）的羧甲基纤维素钠（SCMC）为液相，对三相流化床的各相局部相含率进行了同时测定。在不同液体粘度下，局部固含率在r／R=0．75-0．85范围内有一个极大值；局部气合率呈现出塔中心处最大，塔壁处最小的分布规律。表明液体粘度对局部相含率径向分布均有不同程度的影响。