氣－固環(huán)流反應器結構的優(yōu)化研究

頁數(shù)：65 字數(shù)：23028
碩士論文


摘 要
本文在一套Φ300×2000mm的大型冷模試驗裝置中，系統(tǒng)研究了帶導流筒的環(huán)隙氣升式氣－固環(huán)流反應器的流體力學行為，并對導流筒的結構進行了優(yōu)化。在導流筒區(qū)表觀氣速分別為0.059m/s、0.1m/s、0.2m/s，環(huán)隙區(qū)表觀氣速為0.1～0.54m/s的操作范圍內(nèi)，用流化床巡檢儀對環(huán)流段內(nèi)的導流筒區(qū)和環(huán)隙區(qū)顆粒密度進行了測量。通過對比環(huán)流推動力，優(yōu)化了操作條件。在此操作條件范圍內(nèi)，用PV-4A型顆粒密度速度兩用測試儀、壓力脈動和流化床巡檢儀分別對環(huán)隙氣升式氣-固環(huán)流反應器環(huán)流段四個分區(qū)：導流筒區(qū)、環(huán)隙區(qū)、氣固分離區(qū)和底部區(qū)域內(nèi)的顆粒密度和速度進行了測量。得到了顆粒密度和速度沿軸向和徑向的分布規(guī)律。
試驗過程中用各種儀器對裝置的環(huán)流段進行了測量，得到了導流筒區(qū)、環(huán)隙區(qū)、氣固分離區(qū)和底部區(qū)內(nèi)的顆粒速度、密度分布曲線。同時，在固定顆粒藏量和環(huán)隙區(qū)、導流筒區(qū)表觀氣速的條件下，考察了環(huán)流推動力、顆粒環(huán)流速度和顆粒徑向分布指數(shù)等與導流筒高徑比的關系。通過對試驗結果分析，得到如下規(guī)律：環(huán)流推動力隨導流筒高徑比的增大而增大；顆粒環(huán)流速度則隨導流筒高徑比的增大而減小，而顆粒徑向分布指數(shù)則隨著高徑比的增大而趨向更加趨向于1。綜合分析以上規(guī)律，優(yōu)選出的H/D=6.29導流筒為最佳。
對環(huán)隙區(qū)和導流筒區(qū)局部固含率的徑向相似性分布、環(huán)隙區(qū)局部固含率的徑向相似性分布進行了關聯(lián)通過與試驗值對比，發(fā)現(xiàn)誤差較小，證明關聯(lián)式可靠，能為工程設計和計算提供一定參考。
關鍵詞：環(huán)隙氣升，氣－固環(huán)流反應器，環(huán)流推動力， 環(huán)流速度，高徑比


ABSTRACT
The hydrodynamic behavior was investigated systematically in a new type of gas-solid annulus-lifted loop reactor(ALLR) with Φ300×4560mm. The ALLR was divided into four regions, i.e., the gas-solid separation region, the annulus region, the draft tube region and the gas distributor region. Particle concentration distribution and particles velocity distribution were measured in different radial and axial positions over a wide range of operation condition with the superficial gas velocity in the annulus from 0.1m/s to 0.54m/s .and in the draft tube 0.059m/s, respectively.
Particle concentration distribution and particle velocity distributions were also analyzed . The experimental results show that the superficial gas velocity and height of draft tube were closely related to the radial particle velocity distribution. The H/D of draft tube has a great influence on the driving force of circulation, the solid circulation and uniformity index of the radial distribution.
Based on the mass conservation principle, a simple mathematical model was build up and employed to predict the overall solid voidage in the draft tube region and in the annular region . A semi-empirical model was given to calculate the local concentration of particles in the annular region, based on the averaged cross-section concentration of particles.Keywords: annulus-sparged, gas-solid loop reactor, circulation velocity, the driving force of circulation, H/D


目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
第1章 前 言 1
第2章 文獻綜述 2
2.1 環(huán)流反應器在氣－液體系的研究 5
2.2 環(huán)流反應器在氣－固體系的研究和應用 9
2.3 文獻綜述小結 14
第3章 試驗裝置、內(nèi)容及方法 16
3.1 試驗裝置 16
3.2 試驗流程 16
3.3 試驗介質(zhì) 17
3.4 試驗內(nèi)容 18
3.5 測試儀器及原理 18
3.5.1 軸向壓力及密度的測量 18
3.5.2 徑向顆粒密度、速度的測量 19
3.6 本章小結 22
第4章 環(huán)流段顆粒流動特性的研究 23
4.1 導流筒結構參數(shù)及環(huán)流段測點布置 23
4.2 環(huán)流段不同分區(qū)內(nèi)顆粒密度分布 27
4.2.1 顆粒密度沿軸向的分布 27
4.2.2 顆粒密度沿徑向的分布 29
4.3 環(huán)流段不同分區(qū)內(nèi)顆粒速度分布 34
4.3.1 環(huán)隙區(qū)顆粒速度沿徑向分布 34
4.3.2 導流筒區(qū)顆粒速度沿徑向分布 36
4.3.3 分布板影響區(qū)顆粒速度沿徑向分布 37
4.4 本章小結 37
第5章 導流筒高徑比對環(huán)流效果的影響 39
5.1 對環(huán)流推動力的影響 39
5.2 對顆粒環(huán)流速度的影響 41
5.3 對顆粒徑向分布指數(shù)的影響 42
5.4 本章小結 43
第6章 導流筒區(qū)與環(huán)隙區(qū)整體平均固含率關系 44
6.1 局部固含率的徑向相似性分布關聯(lián) 44
6.2 環(huán)隙區(qū)局部固含率的徑向相似性分布關聯(lián) 46
6.3 環(huán)流段的推動力衡算 48
6.4 環(huán)流段內(nèi)摩擦阻力系數(shù)的確定 50
6.5 顆粒環(huán)流速度模型計算值與試驗值的對比 51
6.6 本章小結 52
第7章 結 論 53
符號說明 54
參考文獻 58
致 謝 61