鼓泡流化床反应器的数学模拟——晕相流动模型

本文根据前文所提出的气泡长大以及相间气体交换计算方程,进一步提出了计算鼓泡流化床反应器气体未转化率的晕相流动模型。此模型假定,进入流化床的全部气体均呈晕相通过床层,且床中的气泡直径可用沿床高气泡直径的积分平均值来代表。未转化率的计算方程与鼓泡流化床数据很一致,而且方程中没有任何未知参数。此外,当利用本文提出的模型进行设计时,不必对分布板区另加考虑,且床径对鼓泡流化床反应器的放大没有影响。     

气液并流向上三相流化床流体流动性质的研究

本文研究气液并流向上兰相流化床的一般流体流动性质。阐明了不同性质及粒度的固体颗粒、流化床静止床高、气体及液体的表观线速、气体分布板结构等参数对床层的均匀性、气体及液体滞留量、床层膨胀高度及气泡形态及大小等影响的一般规律。提出了在液固两相流化床中通入气体后,床层膨胀比随着气体速度的增大而变化的规律具有五种不同类型。用气泡上升的平均真实速度V_g/ε_g作为V_g及V_L的函数作图,可以表明气体及液体的表观线速对气体滞留量及气泡大小的影响,并用在流化床上部的照片直观地表明了这一点。最后用关联式将本文数据进行关联,误差在±10%以内。     

流化床射流区的颗粒分离

研究了气体垂直射流喷入流化床时待分离物料玻璃珠从喷口排出的稳定分离过程及各参数对初始分离速度U_(IJ)的影响,其经验式为U_(IJ)=1.334U_t.e~(0.1171H)_0C_b~(0.0894)考察了射流区的几何结构对床层流动特性与分离过程的影响,提出用结构流动参数C_5作为选取射流区台理几何结构的重要判据。发现了在粗颗粒射流流亿床中加入一定量的细粒组份将有利于形成射流区的稳定颗粒分离过程。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟——Ⅱ-错流移动床非催化气固反应过程模拟

基于前文错流移动床反应器模型方程,模拟计算并分析了该类反应器中气、固相流动对热煤气脱硫等非催化气固反应过程的影响。研究表明,床层在床深方向按反应速率的快慢可分为粗脱区和精脱区,在颗粒流动方向上气相浓度差异较大,并主要体现在粗脱区内,床层出口处颗粒转化率呈现较大分布,反应器内气固交错流动、气相浓度和颗粒转化率共同作用（ 于气固反应速率） 等因素是造成过程特征的主要因素。因此反应器优化应满足对两相流动的优化,将粗脱区设置成错流移动床而精脱区设置成固定床,并使粗脱区内颗粒流速沿气流方向逐渐减小,以减小出口颗粒转化率的分布并提高颗粒利用率,同时沿颗粒流动方向应逐渐减小过床气流体积分率以利于床内气固反应速率的均一分布。由此指出对该类床型其底部渐缩下料段和过床气流对床内颗粒流动的影响以及床层结构及颗粒流动对过床气流分布的影响研究的必要性。     

气-固流化床分布板稳定性的研究

以往对流化床分布板稳定性的研究大多仅考虑分布板的宏观特性——板压降,所给出的分布板稳定性判据均为板压降与床压降的比值。本文在二维气固流化床中采用归原性实验的方法,对气-固流化床气体分布板的稳定性问题进行了研究。实验结果表明:分布板的稳定性能,不仅与板压降有关,而且与分布板的喷嘴元件结构有关,特别是,操作所用固体物料的性质对分布板稳定性影响也很大。本文在实验和分析的基础上,提出了归原准数R这一反映不同物料在不同分布板操作时稳定性的判据。R的数值大于1,并且,其值越大,表明流化床由不稳定操作归原到稳定操作的过程越困难,所以,分布板的稳定性能差。反之,分布板的稳定性能好。     

移动床热煤气脱硫气固反应过程模拟：Ⅱ.错流移动床非催化气固反 …

基于前文错流移动床反应器模型方程,模拟计算并分析了该类反应器中气、固相流动对热煤气脱硫等非催化气固反应过程的影响。研究表明,床层在床深方向按反应速率的快慢可分为粗脱区和精脱区,在颗粒流动方向上气相浓度差异较大,并主要体现在粗脱区内,床层出口处颗粒转化呈现较大分布,反应器内气因交错流动,气相浓度的颗粒转化率共同作用（于气固反应速率）等因素是造成过程特征的主要因素。因此反应器优化应满足对两相流动的优化     

用直接数值模拟方法对流化床内颗粒运动区域的研究

采用直接数值模拟技术 ,跟踪离散颗粒场中的每一个颗粒 ,对不同直径和密度的颗粒在流化床内的流化运动区域进行了探讨研究。结果表明 ,不同直径和密度的颗粒在流化床内的流化区域有显著的差异。在颗粒密度相同 ,颗粒直径取正态分布时 ,小颗粒在床内大部分集中在床层的上方 ,大颗粒的运动密集区域在床的下半部分。当颗粒直径相同而密度取正态分布时 ,轻颗粒的活动范围趋向于床层的上方 ,重颗粒的运动区域分布与轻颗粒相反。还发现 ,粒径变化对颗粒流化区域的影响大于密度变化所造成的影响。     

煤在热载体流化床中的热解模型

煤粒在热载体流化床中的热解规律对于设计煤气、热、电三联产的关键装置－热载体流化床干馏炉是十分重要的。本文建立了煤粒在热载体流化床中的传热和热解反应的微分方程，并对其进行了数值求解，得到了煤粒度、热载体流化床操作速度、热载体流化床床层温度、热载体颗粒粒径等对煤气产率的影响规律，为热载体流化床干馏炉的设计提供了计算方法和理论依据。     

扩张床吸附技术

扩张床是流化床的一种特例。它具有流化床的特点,能处理含悬浮颗粒的液体。又具有固定床的优点,流动成活塞流;返混程度低,分离效率高。作为蛋白质的初步分离方法,它能取代固液分离、浓缩和初步纯化等三步操作。具有提高收率、降低投资费用、缩短操作时间等优点,成为生物工程下游过程的研究热点。本文综述了近年来扩张床吸附技术的发展。包括：1、原理：床层的分层稳定性、吸附剂和吸附柱;2、操作：吸附、洗涤、洗脱和再生4个步骤;3、流动动力学特性：床层扩展特征和停留时间分布;4．在蛋白质纯化中的应用。     

射流流化床煤气化炉中气固流动和传热、传质的CFD模拟研究

通过双流体模型对射流流化床煤气化炉进行了CFD（Computational Fluid Dynamics,计算流体力学）模拟。模拟着重分析了流化床气化炉气固流动的特性和传质、传热过程。结果表明,流化床中气固两相的传热、传质过程与气体和颗粒的运动特性密切相关。     

炉前煤低温干馏的工艺研究

为了模拟真实的循环流化床燃烧/煤热解多联产工艺中的移动床热解系统,同时验证静态挡板混合以及颗粒床除尘在该系统中应用的可行性,建立了处理煤量为10 kg/h的移动床固体热载体煤热解连续实验装置.结果表明,在混合段内没置挡板足一种有效的灰/煤混合方式,可以获得与机械混合接近的气、液产率;滤料性质、床层高度、过滤气速等均会对颗粒床除尘器的除尘效果产生影响,颗粒床的使用可将焦油中的含尘率控制在一定范围内.该研究可为炉前低温干馏工艺开发提供可靠的基础数据.     

非磁性纳米SiO_2颗粒在磁场流化床中的流态化

研究了非磁性纳米SiO2颗粒在添加磁性大颗粒磁场流化床中的流化性能。磁性大颗粒的添加量在20%～60%(wt)之间,磁感应强度的大小分别为0.0477、0.0596、0.0715 T。实验中通过测定床层膨胀曲线、床层压降曲线,详细地考察了磁性大颗粒的添加量、磁感应强度及气速的大小对纳米SiO2颗粒流化性能的影响。结果表明:把磁场能引入普通流化床中之后,加入的磁性粗颗粒能够有效地破碎纳米SiO2床层中的活塞、沟流和大聚团,降低最小流化速度,且在最小流化速度时无气泡,使床层膨胀比增加,提高床层的整体流化质量;在流化颗粒相中,磁场能的加入还可以保持床层的稳定性,维持流态化所需的气体体积。     

液固跳汰流化床分级过程的初步研究

本文研究了颗粒及颗粒群在跳汰流化床中的运动和分级,实验中采用双凸轮机构所产生的10种不同振荡波型,考察了液流振荡波形、频率对床层空隙度、玻璃珠示踪颗粒运动,以及铁氧体和煤粒分级的影响。在不同液流振荡波型影响下,空隙度沿床高呈现两类不同分布。床层空隙度随液流振荡频率增加而增大,但当频率过大时,空隙度反将下降。实验指出,跳汰流化床内颗粒运动主要取决于颗粒间相互碰撞的机械阻力。液流振荡强度FL对颗粒运动及分级具有决定性的作用。颗粒在跳汰流化床中的分级类似重力场作用中的扩散。起始于轻重颗粒倒置的实验表明,振荡液流中能出现颗粒逐段分级的现象。颗粒床层增高,加大颗粒运动及分级的阻力,从而使颗粒的分级效率和速率降低。本研究提出了跳汰流化床的颗粒分级模型和简化了的单颗粒运动方程,确立了单颗粒运动中颗粒碰撞系数的经验关联式,其计算结果能较好地符合实验数据。     

喷嘴式分布器射流流化床的模拟研究

在D300mm喷嘴式分布器射流流化床上利用双流体模型结合颗粒动力学理论对空隙率分布进行了模拟计算。模拟结果与实验结果吻合较好。在此基础上运用该模型预测了不同喷嘴仰角对床内空隙率分布的影响规律。预测结果表明,喷嘴仰角改变将会影响床层空隙率。     

增压导向式喷动流化床颗粒循环量和气体旁路特性研究

在内径２００ｍｍ,高３５ｍ,６０°“Ｖ”形布风板试验装置上,以平均粒径２０ｍｍ玻璃珠为物料,粒径范围１５～２５ｍｍ,针对增压导向式喷动流化床特点,采用新的颗粒循环量测试方法和ＣＯ２气体示踪技术,对常压和压力下导向式喷动流化床颗粒循环量和气体旁路特性进行了试验。结果表明,在常压和压力下,导向式喷动流化床颗粒循环量和气体旁路特性均受到床几何结构和操作参数的影响,颗粒循环量和气体旁路特性紧密相关。在大量试验的基础上,归纳了增压导向式喷动流化床颗粒循环量的关联式     

三相流化床气含率的研究

φstergarrd等一些作者对颗粒留在床层内的三相流化床进行了研究,提出了计算床层相含率及床层膨胀高度的方法。而有关浆液循环的三相流化床迄今报导得很少,且所采用的液速也比较低(<0.3cm/sec)。我们在较宽的液速范围内(1—20cm/sec)进行了气-液-固浆液并流向上和逆流操作的实验,考察了操作形式、表观气、液速、两种固体颗粒和两种固体浓度对床层气含率的影响,并对相应的气、液两相床层进行了观察,以作比较。     

颗粒运动的声信号分析与气固流化床流化质量的判断

根据颗粒碰撞流化床反应器壁面产生声信号的机理,结合频谱分析以及颗粒温度理论,获得了气固流化床颗粒温度与声信号平均能量以及表观气速的关系,由此得到了不同气速下主流区和滞流区颗粒温度的计算公式．由于颗粒温度的大小体现了体系中颗粒运动的活跃程度,由此提出了临界颗粒温度的概念,进而得到了气固流化床良好流化的判据,即当T^＊≥T^＊cr时,床内颗粒具有一定的活跃程度,整床流化质量良好,没有出现团聚结块的流化床故障．基于判据,得到了流化床良好流化的临界操作气速．由此获得了一种简单快捷、实时在线的流化床反应器流化状态检测的方法,对工业上生产监控和操作优化具有重要的指导意义．     

循环流化床(CFB)煤/焦气化反应的研究 Ⅰ.操作气速、固体循环速率对循环流化床气化反应的影响

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器上，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速、固体循环速率）的气化反应。研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小、固体颗粒循环速率的增加而增加。即在ＣＦＢ床中，提高气体、固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行。ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

循环流化床（CFB）煤／焦气化反应的研究：I.操作气速,固体循环速率 …

报道了山西西山焦煤飞灰，在小型循环流化床气化反应器，以二氧化碳为气化介质，在不同操作条件下（气速，固体循环速率）的气化反应，研究结果表明，ＣＯ出口浓度及碳转化率随着ＣＦＢ操作气速减小，固体颗粒循环速率的增加而增加，即在ＣＦＢ床中，提高气体，固体停留时间（床内固体颗粒浓度）有利于ＣＦＢ气化的进行，ＣＯ浓度及碳转化率沿床高的变化趋势与床内颗粒浓度分布一致。     

超低浓度甲烷在Cu/γ-Al2O3催化颗粒流化床中的燃烧特性

采用流化床燃烧技术,使用自制Cu/γ-Al₂O₃颗粒作为催化剂床料,实验研究了超低浓度甲烷在流化床中催化燃烧时床层温度(450~700℃)、流化风速比ω(1.5~4)、进气甲烷体积分数(0.3%~2%)等对甲烷燃烧效率的影响。结果表明,床层温度是影响甲烷催化燃烧反应的关键因素,甲烷的转化率随着床层温度的升高而增加;床层温度达到650℃时,甲烷含量低于1%的超低浓度甲烷其转化率超过95%,继续提高床层温度至700℃且控制流化风速比ω≤2可以实现甲烷的完全转化;甲烷转化率随着流化风速和进气甲烷浓度的增加而降低,当ω>3.5时,温度对甲烷转化的影响减弱,未燃烧的甲烷含量增大。动力学实验发现,床层温度较低时,催化反应受动力学控制,测得催化反应的活化能E_a为1.26×10⁵J/mol,反应级数m为0.73,当温度t>450℃时,扩散作用影响显著,反应级数增大。