固含率对沸腾床反应器流体力学性质的影响

作     者：朱闯杰 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程振民

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：沸腾床反应器 固含率 气含率 两级气泡模型 液相体积传质系数 颗粒轴向扩散系数 

摘      要：沸腾床反应器(Ebullated-Bed Reactor)因其结构简单、热容量大、传热性能好、温度易控制、操作成本低等优点而广泛应用在石油化工、生物化工、废水处理和煤的液化等领域,对其进行深入的研究有着重要的科研和工业应用价值。沸腾床流体力学的研究对于其设计、放大和优化操作非常重要,但由于多相流动的复杂性,对流体力学基础理论的研究仍然十分困难。因此,对该种类型的反应器做深入的研究很有必要性。本论文结合工业渣油加氢反应器装置和工艺条件,建立了内径0.286 m、高7 m的沸腾床大型冷模装置,采用空气-水-氧化铝颗粒三相体系来模拟工业反应器,主要研究了在不同操作条件下固含率(特别是高固含率,高达60%)对沸腾床内的总气含率、轴向气含率分布、大小气泡含率、大小气泡的直径、大小气泡的上升速度、固体颗粒轴向浓度分布及颗粒轴向扩散等流体力学特性的影响。实验结果表明,随着表观气速的增大,总气含率、大小气泡含率及其上升速度、液相体积传质系数、固体颗粒浓度分布及颗粒轴向扩散系数等都增大,但小气泡上升速度和直径随之减小;随着固含率的增大,总气含率降低,液相体积传质系数和颗粒轴向扩散系数都降低,而大气泡的直径和上升速度都增大,但大气泡的气含率会有不明显的降低。但对小气泡而言,其直径先随着固含率增加而增加,当固含率超过30%以后,小气泡基本消失。此外,采用沉降扩散模型,对实验数据进行模拟得到了固体颗粒轴向扩散系数关于表观气速和固含率的关系式。