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下行床气固两相流气体动力学

作者: 发布时间:2012-01-19

循环流态化是一种高效的无气泡气固接触技术。气固并流上行流化床反应器由于具有较高的气固流通量和质量、热量传递速率,在石油化工、冶金、能源等领域得到广泛应用。但其严重的轴向返混和显著的径向环核结构,不仅影响气固两相的接触效率,而且会影响反应的转化率和目的产物的选择性。下行流化床反应器由于气固顺重力场运动,气固接触时间、气固轴向返混以及床层压降等与逆重力场流动方式相比大为降低,颗粒浓度和速度的径向不均匀性也得到了很大的改善,有效地克服了提升管气固逆重力流动产生的固有缺陷,特别适宜以中间产物为目的产物的快速反应过程。然而,由于气固反应要求接触时间非常短,因此它要求反应器出口气固两相实现快速分离,气固两相快速分离器已成为下行床反应器的关键设备之一。

前人虽然对其两相流动行为进行了研究,但是由于各个研究者实验条件的局限,其结果尚存在分散,甚至相互矛盾的问题,并且缺乏完整统一的认识。通过实验获取大量数据,不仅能够加深人们对两相流动规律的感性认识,而且也为数学模型的建立提供了必要的基础条件和检测依据。本课题组从实验研究和理论模拟两个方面,对下行床气固两相流动规律、快速分离器进行较为深入的研究,为下行床反应器的设计、放大和优化操作提供依据。

主要研究内容可概括为:采用光导纤维考察了下行床不同截面和操作条件下的颗粒浓度和速度的轴径向分布,为模型的建立和检验提供实验基础;建立了适合于对下行床流体力学描述的动力学模型,以预测下行床各动力学参数的轴、径向分布;通过弧面气固快速分离装置分离效率实验,研究分离器几何参数、操作参数影响该分离器分离性能(分离效率和压降)的规律;采用二维激光相位多普勒颗粒分析仪,针对某一典型结构下的分离器,测量其内部颗粒运动的规律,以认识该分离器内颗粒运动的特点和分离机理;应用计算流体动力学CFD的方法,针对某一结构,计算该分离器内纯气相的流场,分析气体流动的特点及对分离可能的影响;对分离器内气固两相的流动进行了计算,得到了不同粒径颗粒在分离器中的运动轨道及粒级效率,并和实验进行了比较。

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