氣液兩相及氣液固三相鼓泡床流動特性的實驗研究.pdf

1、煤直接液化是中國非常重要的能源政策，是煤代油工作的一個重要內(nèi)容，是中國潔凈煤技術(shù)的重要組成部分。作為生產(chǎn)石油替代品的有效技術(shù)，煤直接液化對解決我國石油資源短缺、平衡能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全及國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)引進(jìn)的煤直接液化工藝為HTI兩段催化液化工藝，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作運行成本較高。因此，研發(fā)結(jié)構(gòu)相對簡單、經(jīng)濟(jì)實用的煤直接液化反應(yīng)器及內(nèi)構(gòu)件，并開展器內(nèi)流動特性研究具有重要實際意義。 本文

2、建立了兩類不同的冷模反應(yīng)器系統(tǒng)，包括鼓泡床反應(yīng)器和環(huán)流反應(yīng)器。實驗分別以空氣和水為氣、液相，以玻璃珠為固相，在φ0.2×2.5m的有機(jī)玻璃反應(yīng)器中開展了流動特性實驗研究，考察了分布器形式、操作條件及物性對反應(yīng)器內(nèi)流動特性的影響，并得到以下主要結(jié)論： 1.全床平均氣含率隨表觀氣速增大呈指數(shù)增加；隨靜液高度增加略有減小；少量乙醇的加入能夠明顯增加氣含率，在湍動域中尤為突出；少量固相顆粒的加入(10wt.％)對處于均勻鼓泡域時氣含率值

3、影響較小，卻能使處在湍動域時的多孔板分布器鼓泡床中全床平均氣含率增加，單噴嘴分布器鼓泡床在過渡域也出現(xiàn)了此現(xiàn)象；但較多固體顆粒的加入又使得全床平均氣含率減小。 2.分布器效應(yīng)主要體現(xiàn)在鼓泡床中的分布器區(qū)域，在充分發(fā)展區(qū)影響小。相同操作條件下，多孔板分布器鼓泡床中氣含率最高；在較大表觀氣速下，單噴嘴鼓泡床與無分布器鼓泡床中的值相差不大；環(huán)流反應(yīng)器中的氣含率比多孔板分布器鼓泡床的小得多。 3.氣-水兩相體系中，環(huán)流反應(yīng)器氣含

4、率的軸向分布在截面H=0.715m處出現(xiàn)了極值，但乙醇或固體顆粒的加入可能會改變其分布趨勢。 4.鼓泡床中，固含率隨床高的增加而減??；隨著表觀氣速和平均固含率增大，其軸向分布趨于平緩；乙醇的加入使得其軸向分布梯度增大。 5.環(huán)流反應(yīng)器中，導(dǎo)流內(nèi)固含率隨床高的增加而增大；環(huán)隙中的固含率在軸向上卻顯得比較均勻，此時位于導(dǎo)流筒上面分離區(qū)的固含率比環(huán)隙中對應(yīng)的值略高。 6.鼓泡床中，液速/漿速在徑向上呈拋物線分布，中心區(qū)

5、域其值較高，近壁區(qū)域值較低。環(huán)流反應(yīng)器中，液相/漿相在導(dǎo)流筒內(nèi)總體呈上行，液速/漿速在徑向上呈類似鼓泡床中的拋物分布，在環(huán)隙中下行，并且在環(huán)隙中可能會出現(xiàn)了局部渦流。兩類反應(yīng)器中，隨著表觀氣速的增大，平均液速/漿速的值及其徑向分布梯度將增大；靜液高度及乙醇對氣-液兩相體系中液速徑向分布的影響較小；固相顆粒能夠抑制反應(yīng)器內(nèi)的液相環(huán)流，但此時加入適當(dāng)?shù)囊掖伎梢缘窒@一效應(yīng)。 7.在實驗范圍內(nèi)，對鼓泡床反應(yīng)器和環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)的全床平均氣

6、含率進(jìn)行了模型關(guān)聯(lián)： 鼓泡床反應(yīng)器中擬合結(jié)果為：εg=2.866ug0.516ρsl-0.237μsl-0.134σ0.527H0-0.066環(huán)流反應(yīng)器中擬合結(jié)果為：εg=2.192ug0.40ρsl-0.245μsl-0.24σ0.22H0-1[1+(Ad/Ar)]-1 8.通過對壓強(qiáng)脈動信號的自相關(guān)分析獲取湍流平均猝發(fā)周期；同時借助多分辨分析技術(shù)及局部間歇性分析，提出了一種獲取鼓泡床中局部氣含率的新思路，通過實驗證實