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鼓泡塔中流动与传递参数的检测

鼓泡塔中流动与传递参数的检测

作者：王丽雅浙江大学

学位级别：硕士

精对苯二甲酸(PTA)是聚酯工业的重要原料，目前主要采用对二甲苯(PX)的空气氧化法生产，国内PTA生产企业的现有技术及设备全部依赖进口。为了获得具有自主知识产权的PTA核心技术，我课题组开发了以鼓泡塔为特征的新型氧化反应器。与传... 详细信息

精对苯二甲酸(PTA)是聚酯工业的重要原料，目前主要采用对二甲苯(PX)的空气氧化法生产，国内PTA生产企业的现有技术及设备全部依赖进口。为了获得具有自主知识产权的PTA核心技术，我课题组开发了以鼓泡塔为特征的新型氧化反应器。与传统的搅拌釜相比，鼓泡塔结构简单，加工成本与难度较低，设计与制造均较容易国产化。本论文针对自主开发的鼓泡塔氧化反应器进行相关的冷模实验研究。本文的主要内容包括：1、针对PX氧化反应所特有的高气速、高固含率和大塔径等特点，采用电导探针、Pavlov管和亚硫酸钠氧化法等测定了气液两相和气液固三相体系下，不同直径的鼓泡塔反应器中流场分布和质量传递的相关参数，为鼓泡塔反应器的反应器模型化和工业应用奠定了基础。研究发现：(1)随着表观气速的增加，局部气含率明显增加;塔径的增加使径向上的气含率分布更平坦;随着固含量的增加，局部气含率减小。(2)随着表观气速和塔径的增加，液速分布更为陡峭;固体的存在阻碍了气液相运动。在液体流动转折点r／R=0.7的位置湍动最剧烈;随着气速和塔径的增加，湍流脉动强度增强;在高固含量下，湍流脉动加剧。(3)塔内存在接近于塔内径的最大涡旋，塔径的增加使含能尺度的涡旋尺寸增加，而气速对涡旋尺寸的影响不大;高频和低频尺度的能量随着气速和塔径的增大而增加，含能尺度区间的能量占总能量的97％以上。(4)随着表观气速和塔径的增加，液相体积传质系数明显增加;固含量对传质系数的影响可以忽略。2．鉴于鼓泡塔反应器在工业放大过程中，将出现轴向液速径向分布更为陡峭，塔中心处气含率过高等不利于传质和反应的特点，提出了在鼓泡塔内设置阻尼内构件的方法来抑制塔中心过高的流速，根据这一思路开发出带阻尼内构件的新型鼓泡塔专利技术。结论包括：(1)阻尼内构件可有效的改善轴向液速的径向分布;采用一维拟均相模型可较好的描述内构件的阻尼作用。(2)内构件的加入也使局部气含率的径向分布更为平坦;气速和塔径对带内构件的鼓泡塔中局部气含率分布的影响与空塔中一致。(3)提出了表观气速、鼓泡塔的塔径、内构件的无量纲阻尼面积和固含率等因素对传质系数影响的关联式。

关键词：鼓泡塔轴向液速局部气含率传质系数对二甲苯内构件放大Pavlov管电导探针

带阻尼内构件鼓泡塔的研究(Ⅰ)——内构件对流速分布的影响

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化学反应工程与工艺 2006年第4期22卷 317-323页

作者：陈斌王丽雅李希浙江大学材料与化工学院浙江杭州310027

针对大型鼓泡塔径向流速分布不均易导致中心区域气体短路的问题,提出了在中心区域布置阻尼内构件改善流速分布的方案。冷模实验表明,阻尼内构件的加入可以有效地改善中心区域气-液流速分布,阻尼内构件尺寸对流速分布有显著影响。引入了... 详细信息

针对大型鼓泡塔径向流速分布不均易导致中心区域气体短路的问题,提出了在中心区域布置阻尼内构件改善流速分布的方案。冷模实验表明,阻尼内构件的加入可以有效地改善中心区域气-液流速分布,阻尼内构件尺寸对流速分布有显著影响。引入了阻力密度函数来表征阻尼内构件的影响,采用拟均相流动模型模拟含阻尼内构件的塔内流速分布,计算结果与实验测量值大体相符。

关键词：鼓泡塔内构件流速分布流动模型

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导流管型鼓泡塔的气含率和氧传递系数

化工冶金 1990年第1期11卷 47-52页

作者：胡浩然周霞芬郭丽娟化工部上海化工研究院

在两只塔径为0.112和0.188m 的导流管鼓泡塔中测量了空气—水体系的气含率εg和氧传递系数 K_(La)。当表观操作气速 V_g 相同时,导流管鼓泡塔的ε_g 和 K_(La)值均比鼓泡塔大。实验观察到ε_g 随 V_g 和导流管直径和塔径比 D_i/D_0的增... 详细信息

在两只塔径为0.112和0.188m 的导流管鼓泡塔中测量了空气—水体系的气含率εg和氧传递系数 K_(La)。当表观操作气速 V_g 相同时,导流管鼓泡塔的ε_g 和 K_(La)值均比鼓泡塔大。实验观察到ε_g 随 V_g 和导流管直径和塔径比 D_i/D_0的增大而增大,随着塔高和塔径比 H/D_0的增大而减小。K_(La)随 V_g增大而增大,随 H/D_0增大而略增大,但随D_i/D_0增大而减小。由实验数据得出计算 K_(La)和ε_g 的关联式,该式应用范围:D_0=0.112-0.188m,Vg=0.01-0.08m/s;H/D_0=4-10。

关键词：发酵罐导流管型气含率鼓泡塔

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鼓泡塔一步法合成二甲醚工艺条件的研究

煤炭转化 2002年第1期25卷 82-86页

作者：贾广信谭猗生韩怡卓中国科学院山西煤炭化学研究所太原博士生030001

在反应温度２６０ ℃ ～３００℃，反应压力２. ０ＭＰａ～５．０ＭＰａ，进料空速４００～１６００ｍＬ·ｇ～（-１）·Ｈ～（－１）范围内，研究了鼓泡塔ＣＯ加氢制二甲醚过程中的工艺条件对催化剂的催化性能的影响．结果表明．... 详细信息

在反应温度２６０ ℃ ～３００℃，反应压力２. ０ＭＰａ～５．０ＭＰａ，进料空速４００～１６００ｍＬ·ｇ～（-１）·Ｈ～（－１）范围内，研究了鼓泡塔ＣＯ加氢制二甲醚过程中的工艺条件对催化剂的催化性能的影响．结果表明．较高温度有利于合成二甲醚的反应．在２９０ ℃以后，副产物烃类的选择性迅速上升．压力的升高有利于提高二甲醚的选择性，同时抑制烃类的生成．增加空速虽有利于提高二甲醚的时空产率．但使二甲醚的选择性下降．为了考察温度、压力和空速对合成二甲醚反应的影响程度，进行了正交试验．结果表明：在５ＭＰａ．３００℃·１６００ｍｌ·ｇ－～（－１）·ｈ～（－１）时，Ｙ以获得较高的ＣＯ转化率．在３ＭＰａ·２６０ ℃，１６００ｍＬ·ｇ～（－１）·ｈ～（－１）时，可以获得较高的ＤＭＥ选择．在５ＭＰａ，２８０ ℃，１６００ｍＬ·ｇ～（－１）·ｈ～（－１），可以获得较高的ＤＭＥ时空产率．

关键词：二甲醚鼓泡塔合成气正交试验一步法合成工艺条件

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鼓泡塔反应器的CFD-PBM模拟

鼓泡塔反应器的CFD-PBM模拟

作者：史书舟中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

鼓泡塔反应器是一种结构简单,传热传质性能良好的气液(固)接触反应设备,被广泛应用于费托合成,渣油加氢等工业过程。在鼓泡塔反应器的设计和放大研究中,计算流体力学模拟既能获得详细的流场信息,又可以节省成本,是一种经济实用的研究方... 详细信息

鼓泡塔反应器是一种结构简单,传热传质性能良好的气液(固)接触反应设备,被广泛应用于费托合成,渣油加氢等工业过程。在鼓泡塔反应器的设计和放大研究中,计算流体力学模拟既能获得详细的流场信息,又可以节省成本,是一种经济实用的研究方法。本文采用CFD-PBM方法对气液(固)鼓泡塔进行了模拟,考察了气泡诱导湍流、聚并速率修正因子、曳力模型、聚并破碎模型对流场及气泡粒径分布的影响。结果表明,考虑气泡诱导湍流使聚并速率和破碎速率同时增加,但破碎速率增加的幅度更大,最终导致气泡直径减小。曳力模型主要影响气含率分布,但对气泡粒径分布影响较小。合理的曳力模型与聚并破碎模型组合可以消除在壁面处高估气含率的现象。Lehr破碎模型中临界韦伯数的选取对模拟结果影响较大。采用凹状抛物线的子气泡粒径分布的模拟结果与实验结果更接近。Laakkonen破碎模型的BSD分布与Luo&Svendsen的模拟结果类似,并且子气泡PDF表达式简单,计算量更小。液固曳力模型是影响固含率模拟结果的重要因素,仅改变浆态相的物理性质难以模拟出浆态床中气含率、气泡粒径分布随初始固含率变化的趋势。此外,本文应用LBM方法求解混合物模型,模拟了多孔分布器、圆柱形鼓泡塔、外环流反应器,并编写了外环流反应器的网格生成程序。

关键词：鼓泡塔计算流体力学群平衡气泡粒径分布 LBM

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化学法测定鼓泡塔中的相界面积和传质系数

化学反应工程与工艺 1989年第4期5卷 16-23页

作者：阮国岭杨宁生沈自求大连理工大学化学工程研究所

本文开发了一种新的物系,用 Na_2SO_3溶液吸收空气中的 O_2,并伴有物理解吸 C_2H_4来同时测定α和 k_L,以保证α和 k_L 的测定在同一流体力学条件下进行。在单气泡时,将 Na_2SO_3-O_2-C_2H_4系统测得的α_(chem)与通过气泡大小及上升速... 详细信息

本文开发了一种新的物系,用 Na_2SO_3溶液吸收空气中的 O_2,并伴有物理解吸 C_2H_4来同时测定α和 k_L,以保证α和 k_L 的测定在同一流体力学条件下进行。在单气泡时,将 Na_2SO_3-O_2-C_2H_4系统测得的α_(chem)与通过气泡大小及上升速度经计算而得到的α_(■eo)进行了比较,校核了α_(chem)的准确性,并将此系统测得的 k_(L,C_2H_4)与化学法测得的 k_(L,O_2)进行了比较,得知它们十分接近,且其关系符合 Danckwerts 模型。将该物系用于气泡群,测定了不同空塔气速下的α、k_L 和ε,并进行了数据关联,取得了相当满意的结果。通过对不同清液层高度下传质系数的测量,发现喷嘴附近的传质系数比全塔平均值高3～5倍,说明有相当比例的传质发生在喷嘴附近。

关键词：鼓泡塔相界面积液相传质系数化学法测定

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塔板式鼓泡塔的流体力学特性

大连理工大学学报 1989年第2期29卷 139-144,150页

作者：杨宁生沈自求 E.F.Chen A.F.McMillan 大连理工大学化学工程研究所 Technical University of Nova Scotia

研究了φ７ｃｍ金属丝网塔板（ａ＝０．６４）鼓泡塔的流体力学特性，气速和液速的变化范围分别为：０＜ｖｇ＜８ｃｍ／ｓ，０．３＜Ｖ１＜３．３ｃｍ／ｓ，塔内金属丝网析数为０～３７．丝网塔板的应用有效地限制了气泡合并，并使气... 详细信息

研究了φ７ｃｍ金属丝网塔板（ａ＝０．６４）鼓泡塔的流体力学特性，气速和液速的变化范围分别为：０＜ｖｇ＜８ｃｍ／ｓ，０．３＜Ｖ１＜３．３ｃｍ／ｓ，塔内金属丝网析数为０～３７．丝网塔板的应用有效地限制了气泡合并，并使气泡大小及分布均匀，气含率及相际面积均大为增加。但塔板的应用增加了鼓泡塔中的阻力降，其值可由分离流动摸型或由测定液相内循环速率及单相流动阻力系数得到。丝网塔板大大减小了鼓泡塔的液相返混，其流动接近于活塞流．

关键词：塔板鼓泡塔流体力学

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浆液循环锥形鼓泡塔反应器的相含率研究

化学反应工程与工艺 1995年第3期11卷 234-241页

作者：景山赵玉龙张碧江中国科学院山西煤炭化学研究所

在浆液循环条件下，考察了以空气、水和石英砂为三相体系的锥形鼓泡塔反应器（φ＿顶２００ｍｍ，φ＿底１００ｍｍ，高３０００ｍｍ）中的相含率及固体颗粒浓度轴向分布。使用压降法和颗粒同步取样方法测量了不同表现气速（０～０．１... 详细信息

在浆液循环条件下，考察了以空气、水和石英砂为三相体系的锥形鼓泡塔反应器（φ＿顶２００ｍｍ，φ＿底１００ｍｍ，高３０００ｍｍ）中的相含率及固体颗粒浓度轴向分布。使用压降法和颗粒同步取样方法测量了不同表现气速（０～０．１２５ｍ／ｓ），表观浆液循环速（０～０．０１５７ｍ／ｓ）以及固体颗粒浓度０～１００ｋｇ／ｍ￣３下相含率分布，并用园柱床的一维沉降－扩散模型近似地描述了固体颗粒轴向浓度分布的规律。在此基础上，本文给出了预测锥形鼓泡塔反应器中固体颗粒轴向浓度分布使用的平均气含率，固体颗粒扩散的Ｐｅ准数，固体颗粒沉降速度以及塔顶固体颗粒浓度的关联式。

关键词：鼓泡浆液反应器相含率鼓泡塔固体颗粒浓度

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鼓泡塔中气体水合物生长机理研究

天然气化工—C1化学与化工 2005年第3期30卷 8-12页

作者：罗艳托朱建华陈光进石油大学(北京)化学科学与工程学院北京102249

在透明鼓泡塔中首例观测了运动气泡表面水合物的生长和带有水合物层气泡的动力学(在上升过程中颜色、大小的变化),同时在实验过程中发现:反应液体循环和不循环情况下水合物在鼓泡塔床层内生长、存在的位置不同。通过对实验现象的观察、... 详细信息

在透明鼓泡塔中首例观测了运动气泡表面水合物的生长和带有水合物层气泡的动力学(在上升过程中颜色、大小的变化),同时在实验过程中发现:反应液体循环和不循环情况下水合物在鼓泡塔床层内生长、存在的位置不同。通过对实验现象的观察、对气泡与水合物颗粒相互作用的分析和对三相作用机制的探讨得出结论:水合物颗粒是完全亲水性颗粒,气体水合物的生长是一种界面现象,为水合物生长动力学模型的建立和水合物分离技术的工业化奠定了基础。

关键词：气体水合物界面反应鼓泡塔