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加压浆态鼓泡床反应器中部分流体力学特性的研究

杨索和  
【摘要】:浆态鼓泡床反应器(SBCR)因其结构简单、热容量大、传热性 能好、温度易控制、固体颗粒容易处理、操作成本低等优点而广泛 应用在石油化工、生物化工等领域,对其进行深入的研究有着重要 的科研价值和工业应用背景。浆态鼓泡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 力学理论化的研究仍然十分困难。 本论文结合工业对二甲苯氧化反应器装置和工艺条件,建立了直 径 0.3m、高 6.6m 的浆态鼓泡床反应器高压冷模装置,在水-空气- 石英砂和醋酸-空气-PTA 体系中,采用动态气体逸出法和γ射线测 量技术对反应器内平均气含率、大小气泡气含率、气泡上升速度以 及固含率等流体力学参数进行了研究;通过油酸钠改变液相表面张 力和三甘醇改变液相粘度等方法,考察了表观气速、压力、分布器、 静液高度等操作条件和液相表面张力、粘度、固体浓度等体系物性 对流体力学的影响,并得到以下结论: 1. 在压力体系中,体系气含率主要由小气泡组成,随压力升高 而增加,压力主要影响了气泡的分布,减弱了气泡的聚并;在湍流 操作区,表观气速主要增加了大气泡的气含率;固体颗粒浓度的增 加强化了气泡的聚并,气泡上升速度增加,从而平均气含率降低; I WP=5 北 京 化 工 大 学 硕 士 论 文 液相表面张力减小,促进了小气泡的生成,从而平均气含率增加; 液相粘度增加,则导致气含率减小;在高径比大于 5 时,气含率随 静液高度变化可以忽略,而随分布板开孔率的增加略有增大。 2. 固含率轴向分布随着表观气速的增加和浆液平均浓度的减小 而趋于均匀;压力对固含率的轴向分布影响较小。 3.气泡上升速度随压力增加而减小;小气泡上升速度随表观气 速和固体浓度变化很小;大气泡随表观气速和固体浓度的增加而增 加。 4. 在实验范围内,得到了平均气含率和大小气泡气含率的关联公式: εg=0.576Ug0.32(ρ0 )0.15(σ0 )-0.16(μμ0 ) ρ σ sl -0.36 εsmall=0.184Ug 0.15( ρρ0 )0.32( μμ0 )-1.2 g sl εlarge=0.785Ug 0.64( ρρ0 )-0.14( μμ0 )-0.12 g sl 5. 在实验范围内,得到了大小气泡上升速度的关联公式: vsmall=0.194Ug -0.10(ρρ0 )-0.29(μμ0 ) g sl -0.60 vlarge=1.67Ug 0.57(μμ0 ) sl 2.53


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