气液两相及气液固三相鼓泡床流动特性的实验研究

摘要

煤直接液化是中国非常重要的能源政策，是煤代油工作的一个重要内容，是中国洁净煤技术的重要组成部分。作为生产石油替代品的有效技术，煤直接液化对解决我国石油资源短缺、平衡能源结构、保障能源安全及国民经济持续稳定发展具有重大战略意义和现实意义。目前，国内引进的煤直接液化工艺为HTI两段催化液化工艺，反应器结构复杂、操作运行成本较高。因此，研发结构相对简单、经济实用的煤直接液化反应器及内构件，并开展器内流动特性研究具有重要实际意义。 本文建立了两类不同的冷模反应器系统，包括鼓泡床反应器和环流反应器。实验分别以空气和水为气、液相，以玻璃珠为固相，在φ0.2×2.5m的有机玻璃反应器中开展了流动特性实验研究，考察了分布器形式、操作条件及物性对反应器内流动特性的影响，并得到以下主要结论： 1.全床平均气含率随表观气速增大呈指数增加；随静液高度增加略有减小；少量乙醇的加入能够明显增加气含率，在湍动域中尤为突出；少量固相颗粒的加入(10wt.％)对处于均匀鼓泡域时气含率值影响较小，却能使处在湍动域时的多孔板分布器鼓泡床中全床平均气含率增加，单喷嘴分布器鼓泡床在过渡域也出现了此现象；但较多固体颗粒的加入又使得全床平均气含率减小。 2.分布器效应主要体现在鼓泡床中的分布器区域，在充分发展区影响小。相同操作条件下，多孔板分布器鼓泡床中气含率最高；在较大表观气速下，单喷嘴鼓泡床与无分布器鼓泡床中的值相差不大；环流反应器中的气含率比多孔板分布器鼓泡床的小得多。 3.气-水两相体系中，环流反应器气含率的轴向分布在截面H=0.715m处出现了极值，但乙醇或固体颗粒的加入可能会改变其分布趋势。 4.鼓泡床中，固含率随床高的增加而减小；随着表观气速和平均固含率增大，其轴向分布趋于平缓；乙醇的加入使得其轴向分布梯度增大。 5.环流反应器中，导流内固含率随床高的增加而增大；环隙中的固含率在轴向上却显得比较均匀，此时位于导流筒上面分离区的固含率比环隙中对应的值略高。 6.鼓泡床中，液速/浆速在径向上呈抛物线分布，中心区域其值较高，近壁区域值较低。环流反应器中，液相/浆相在导流筒内总体呈上行，液速/浆速在径向上呈类似鼓泡床中的抛物分布，在环隙中下行，并且在环隙中可能会出现了局部涡流。两类反应器中，随着表观气速的增大，平均液速/浆速的值及其径向分布梯度将增大；静液高度及乙醇对气-液两相体系中液速径向分布的影响较小；固相颗粒能够抑制反应器内的液相环流，但此时加入适当的乙醇可以抵消这一效应。 7.在实验范围内，对鼓泡床反应器和环流反应器内的全床平均气含率进行了模型关联： 鼓泡床反应器中拟合结果为：εg=2.866ug0.516ρsl-0.237μsl-0.134σ0.527H0-0.066环流反应器中拟合结果为：εg=2.192ug0.40ρsl-0.245μsl-0.24σ0.22H0-1[1+(Ad/Ar)]-1 8.通过对压强脉动信号的自相关分析获取湍流平均猝发周期；同时借助多分辨分析技术及局部间歇性分析，提出了一种获取鼓泡床中局部气含率的新思路，通过实验证实了新方法的可靠性。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章实验装置及流动参数数据处理

第三章鼓泡床反应器中流动特性实验研究

3.1多孔板分布器鼓泡床的流动特性

3.2单喷嘴分布器鼓泡床的流动特性

3.3无分布器鼓泡床的流动特性

3.4三种鼓泡床反应器流动特性的比较

3.5鼓泡床中流动特性参数的模型关联

3.6本章小结

第四章环流反应器中流动特性实验研究

第五章压强脉动信号分析

第六章结论

参考文献

致谢

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