气液固三相环流反应器的研究进展

综述了气液固三相环流反应器的类型及工作原理、气液固三相环流反应器的特性参数(气含率、固含率、循环液速、液相体积传质系数、轴向分散系数)的测量方法和影响因素,介绍了特性参数的数学模型,并对现有模型进行了评述,对今后的研究提出一些建议。

上流式反应器气-液-固三相床层气含率模型研究

从热力学基本定律——熵增定律和能量最低定律出发,考虑系统宏观动能、势能及内能的转化,通过对系统各种能量的表达,建立上流式反应器气-液-固三相床层气含率与系统条件(如流体流速、黏度、催化剂物性)的定量关系。在热力学定律基础上,提出相关物理量“变动级数”的概念,结合不同操作条件和不同催化剂装填方案的冷模试验,研究流体及催化剂物性对床层气含率的影响规律。采用所建立的气含率模型拟合各种操作条件及多种催化剂装填方案下的试验数据,拟合平均相对偏差均小于5%,参数合理且能反映气、液、固三相性质对床层气含率的影响规律。建立一个优良的模型来描述上流式反应器气-液-固三相床层气含率,对上流式加氢工艺的研究具有重要指导意义。

多室气升式环流反应器气、液、固三相相含率的研究

在一个四流道的多室气升式环流反应器中,以空气 水 聚苯乙烯为体系,考察了气体表观速率对气含率和固含率的影响。结果表明:某一上升室的气含率只与该室气体表观速率有关。上升室和下降室的气含率均随气体表观速率的增大呈现先增大后减小的趋势;上升室和下降室的固含率随气体表观速率的增大均呈现先减小后增大的趋势。同时在鼓泡流下,用漂流通量模型模拟了气含率,上升室和下降室气含率的计算值和实验值的平均相对误差分别为6.90%和9.04%;用无因次法建立固含率的关联式,固含率的计算值和实验值的平均相对误差为2.75%。

气液固三相喷射环流生物反应器中液速研究及应用

开发了一种内热式热膜液体流动速率测量仪，该测量仪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液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．

航空发动机气固液三相分离器的数值模拟分析

为研究气固液三相分离器结构尺寸对油液净化效果的影响,基于流体动力学的数值模拟,通过DPM模型和磁场模型研究了油液分离器结构尺寸对于滑油中铁屑的捕捉能力和油气的分离能力的影响,并对其结构尺寸进行优化。结果表明:当分离器主体直径为65mm、锥度角为20°时,分离器的综合分离效果最好。

高长径比气液固三相内环流反应器的流体动力学

在高径比为22的三相内环流反应器中,常温常压下,根据动量平衡原理建立了空气-水-石英砂三相物系的循环液速模型,并建立了上升区气含率、上升区固含率和底部换向区阻力系数模型;考察了在不同颗粒粒径下,表观气速对上升区固含率和液体循环速度的影响。结果表明:当粒径(ds)≤0.3mm时,上升区固含率随表观气速的增加变化呈平缓趋势,当0.3mm<ds≤1.2mm时,上升区固含率随表观气速的增加而呈先下降后增加的趋势;不同粒径下上升区循环液速均随表观气速的增加而增加;气含率、固含率和循环液速的计算值和实验值吻合较好,其平均相对误差分别为6.32%、4.56%和11.97%。

三级环流反应器中气液流动与传质规律

针对级间安装导流筒的三级环流反应器的气液流动与传质过程开展实验研究。通过冷模实验获得不同表观气速下(0.015~0.1m/s)以及安装不同级间内构件时环流反应器内的气含率、混合时间、停留时间以及体积氧传质系数。结果表明,随着表观气速的增加,反应器各级内的气含率增加,混合时间减少,平均停留时间减小,同时氧传质系数增加。通过对反应器内气液流型的变化的观察,进一步分析了级间内构件对三级环流反应器性能的影响,发现内构件上截面较宽时(3^(#)内构件),反应器的混合效果更好,而内构件的上截面较小时(1^(#)内构件),反应器可以更好地抑制返混。

膜生物反应器内气液与污泥三相流动的数值模拟

将污泥作为独立的一相,对膜生物反应器内气-水-污泥三相流动进行计算流体力学模拟,不仅得到反应器内流体力学特性和气体分布,还获得污泥的流动与沉降特性,分析了易发生污泥沉降造成膜污染的区域.探讨了曝气气泡大小、曝气面积及曝气位置的影响,以期获得减小膜污染的最佳操作条件,优化反应器的结构设计.在本研究范围内,当曝气管距离膜单元底面350 mm,曝气面宽度2 mm,且气泡直径为4~6 mm时,污泥沉积导致膜污染的风险最小.由于膜生物反应器内气-水-污泥三相流动的数据较少,为了验证,将水与污泥的混合物简化为液相,进行气-液两相流动的模拟,并与文献的两相模拟结果比较,二者吻合较好,证明本模拟方法和结果的可靠性.

增湿活化反应器内气—液滴—固三相流场的数值模拟

本文给出了气—液滴—固三相流体的双流体模型下的各控制方程组。颗粒动理学方法模拟颗粒相湍动能。模型中考虑了气、液滴和固相的相互作用以及液滴与固相的非弹性作用造成的能量传递和耗散。模型预测在增湿活化反应器内相速度和浓度等参数空间分布，以及操作参数、结构布置等对相速度等参数的影响。

气液固三相流化床反应器测试技术

在简述已有三相流化床测试技术的基础上,着重对近年来开发的测试新技术的基本原理及优缺点进行了分析,包括光纤探头技术、超声探头技术、放射颗粒跟踪技术、X射线颗粒跟踪测试技术、颗粒图像测速技术、电容层析成像技术、激光多普勒测速技术和相多普勒测速技术等,同时,展望了三相流化床测试技术的新方向.

气液固三相浆态床反应器研究进展

由于在甲醇合成、费托合成等工艺中的成功应用,气液固三相浆态床反应器的研究引起了越来越多的重视。本文综述了有关浆态床反应器方面的研究,包括:流体力学性能、反应器设计、固液分离以及产业化进程。详细地介绍了影响浆态床反应器流体力学性能的主要因素:压力、温度、气体表观气速、液体性质及固含率等对流型、气含率、气泡停留时间分布和传质系数的影响。总结了近年来在浆态床反应器设计和固液分离方面的研究成果。

热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能

为了研究热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能, 在一内径为50 mm、高800 mm床内充以多孔填料, 内插一根16 mm×2 mm的水 不锈钢热管的固定床反应器中, 用并流向上的热水和氮气进行传热试验研究. 研究结果表明: 传热量随气相速度ug 增大而增多, 在气相速度达到某一数值后, 气相速度对传热的影响不显著; 并采用最小二乘法拟合得到了试验条件下固定床鼓泡反应器床层与热管加热段管壁之间传热系数的经验计算式. 所得到的方程得到了热模试验的验证.

气液固三相放电反应器中等离子体化学过程增强

采用动态快速扫描UV-V is吸收光谱,研究了双向窄脉冲电源引发的等离子体化学反应器中,固体填料对气、液、固三相放电脱除废水中靛蓝二磺酸钠(ind igo carm ine,IDS)的影响.实验结果表明:固体填料的填充对气液两相放电反应器中的等离子体化学过程具有明显的增强作用;增强的程度由填料的特性决定,相同条件下,填充介质球填料时的处理效果好于填充导体填料时的,而且玻璃球介质填料又优于陶瓷填料;填充介质球的等离子体反应器中IDS的脱色为一级反应.

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。

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－液－固三相外循环淤浆反应器连续化的工程研究

以镍系催化剂加氢制１，４－丁二醇为研究对象，在气－液－固三相外循环淤浆反应器中，研究了反应器结构、气含率、固含率、循环液速等反应器特性，提出了固体颗粒在反应器中均布条件及固体颗粒连续分离方案等工程问题。

温度对气-固-液三相搅拌反应器内气液分散特性的影响

在直径为0.476m的椭圆底搅拌槽中,采用以半椭圆管盘式涡轮(HEDT)为底桨、上提操作的宽叶翼形桨(WH_U)为中、上层桨的三层组合桨,研究24℃～95℃范围内不同温度下气-液-固体系中搅拌功率、气含率及固体颗粒完全离底悬浮特性。结果表明,体系相对功率需求(通气功率与不通气功率之比)RPD随温度的升高而增大,但随固含率的提高,温度对RPD的影响程度减弱。气含率随温度的升高而明显下降,其下降的幅度也随固含率增加而减小。本文结果及通气功率、气含率关联式对于工业热态通气三相搅拌反应器设计和操作具有一定的参考价值。

强制浆液外循环三相气升式内环流反应器的气含率特性

在有机玻璃制成的组合反应器(φ0.284×3.0m)内,采用空气、水和玻璃微珠(密度为2420kg/m3和平均粒径为5.92×10-4m)的气液固三相体系考察了不同表观气速下环流反应器内不同流动区域的径向局部气含率和内、外环轴向平均气含率分布特性.局部气含率采用电导探针法测定,轴向平均气含率由局部气含率的截面积分得出.结果表明气含率均随表观气速的增大而增大;外环循环流入内环的气泡量少;在相同条件下外环的气含率远远低于内环的气含率.浆液外循环的引入和新型气体分布器的采用可以增大导流筒内气体与浆液两相的接触面积和湍动强度,从而使传递过程得到了强化.

煤层气储层气-液-固多相渗流规律研究

揭示储层非饱和流阶段煤粉运移产出规律,对煤层气高效排采具有重要现实意义。基于气-液-固三相流模拟装置,通过设定不同煤粉粒径、注入流速、裂缝宽度和煤粉质量分数等条件,开展了煤层气储层非饱和流阶段煤粉产出运移特征试验,并分析了煤粉沉淀量、产出量及煤岩气相与液相渗透率变化特征。研究表明:随着裂缝宽度增加,煤粉产出量呈现出逐渐增大的趋势,沉淀量呈现出先增大后减小的变化特征,在裂缝宽度为0.1 mm时达到最大值;随着煤粉质量分数的增大,产出量表现为先增大后减小(峰值点在0.15‰附近),沉淀量逐渐增大,说明煤粉在储层中运移存在一定的单位体积含量极值,超过极值后,煤粉将大量沉淀并堵塞孔裂隙;合理控制煤层气产水产气速率,能够有效地控制煤粉的产出,煤粉沉淀量和产出量随着注入流速的增长均呈现出先增大后减小的趋势,注入流速为5.0 mL/min时的煤粉沉积量最大,在流速为7.5 mL/min时煤粉产出量相对较高;液相渗透率演化特征呈现出逐渐降低和先稳定后逐渐降低2种变化趋势,气相渗透率演化特征较为复杂;综合注入压力、煤岩渗透率变化、煤粉产出和沉淀特征,可将煤粉在裂缝中运移划分为缓慢沉积、快速沉积和完全堵塞3个阶段。

二级环流反应器中收缩-膨胀隔板的性能优化

通过在二级环流反应器两级之间安装具有收缩-膨胀形状的隔板,可以有效减小两级之间的液相回流流量,但同时会增加流体流动阻力。为了在减小液相回流流量的前提下减小流动阻力,本研究对隔板进行优化设计。首先通过模拟计算获得不同隔板下的压降和液相回流流量,随后对数据进行拟合,得到压降、液相回流流量与结构参数的关联式。计算结果表明当表观气速较小时,隔板宽度对压降影响较大,高度的影响较小。表观气速增大时,隔板高度对压降的影响变大。在所有气速下,隔板宽度是影响液相回流流量的决定因素。最后通过多目标优化,获得了在不同表观气速下最优隔板的Pareto前沿。