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Taylor流的流动、液相混合和液侧传质特性实验研究

张庆勇  
【摘要】: 在催化反应工程中,改进常规多相反应器(如淤浆鼓泡床、滴流床反应器等)的性能具有重要意义。新型的整体式结构化催化反应器具有低压降、高传质速率和容易放大等优点,成为替代传统多相反应器的一个有吸引力的选择。本实验研究单毛细管和整体式结构化反应器中气液两相泰勒流下的流动、传质及混合特性,以期为此类反应器的放大、设计和操作提供基础依据。 首先,建立了单毛细管和整体式结构化反应器中两相流动传递参数实验系统,基于该系统开发了测取泰勒流下气泡速度、气含率、气泡频率以及液栓长度等参数的双电导测试系统;结果表明,与常用的摄像法进行比较,双电导探针具有在线、实时、动态响应快等特点,可替代摄像法。采用电导法对毛细通道中多种流型一包括分散气泡流、气泡串流、泰勒流、膜流及多种过渡流型—进行辨识,表明这是一个行之有效的新方法。 其次,对毛细管中泰勒流下流动参数随操作条件变化进行了考察,结果表明:气泡速度随两相表观速度的增大近似线性增大;气含率随表观气速增大而增大,随表观液速增大而减小;液栓长度随表观气速增大而减小,随表观液速增大而增大。并且,建立了整体式结构化反应器冷模系统并考察了器内流型和压降的变化,得到初步的流型图和压降变化趋势。 最后,针对单毛细管内两相流动分别采用电导脉冲法和动态溶氧法测定了液相的混合特性和气液传质特性,结果表明:1)随着两相表观速度的增加,平均停留时间逐渐缩短;轴向扩散系数逐渐增大,表明轴向混合价大,液栓内部循环加剧。当只改变气速或液速的情况下,轴向扩散系数也随着气速或液速的增加也相应增加。2)随着表观气速的增加,溶氧过程加快,系统到达氧饱和的时间逐渐减少,原因可能是表观气速的增加,液栓内部循环加剧促进表面更新,导致气液传质速度加快。


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