多相内循环流化床反应器的数值模拟与实验研究

摘要

随着水环境监管要求的日益严格，垃圾渗滤液的经济高效和深度处理成为国内外研究的热点。作为高浓度难降解有机废水处理的通用型反应器，多相内循环流化床反应器由于其结构相对简单，采用了多相-芬顿（Fenton）技术，能够高效地对垃圾渗滤液进行深度处理而得以受到重视。鉴于目前对反应器结构及流场优化已进行了系统的研究，为了进一步了解反应器气相进口速度、固相催化剂投加量与投加方式等工艺参数对多相反应器流场及处理效果的影响，本文对多相内循环流化床反应器进行了数值模拟及相应的试验研究。
　　论文首先基于Workbench平台的Fluent软件对多相内循环流化床反应器进行了数值模拟，主要研究了反应器进气速度和固相投加量等主要工艺参数对流场及流体力学参数的影响。模拟结果表明：进气速度对反应器气含率、液相流速、湍动能及耗散率均有较显著的影响，但对固含率以及液相循环流速则影响不大。反应器气含率随着进气速度的升高而升高，当进气速度达到0.4m/s时，气含率趋于稳定而不再升高。反应器中心液相速度也随着进气速度的升高而升高，当进气速度达到0.3m/s时，反应器中心液相速度不再升高而是降低。反应器湍动能及耗散率则随进气速度的增加先是降低，在气相速度0.3m/s时，开始翻转并有所升高。因此，综合考虑相关参数的影响，对内循环流化床反应器而言，进气速度应控制在0.3～0.4m/s为宜。
　　反应器固相投加量对流体力学参数进行的模拟结果还表明：固相催化剂投加量的增加，可以提高反应器的相含率。但固相催化剂投加量的增加，不仅会导致反应器湍动能的增加，还将造成部分固相催化剂在反应器底部的沉积，导致固相催化剂的浪费。
　　论文对不同的进气速度对反应器气含率及垃圾渗滤液的处理效果的影响进行了试验研究。试验结果表明：进气速度的增加可以提高反应器的气含率，液相固相的循环明显加快，但进口气相速度达0.4m/s时，气含率不再增加而趋于稳定，这与数值模拟的结果是一致的；当气相进口速度为0.3m/s时，反应器COD去除效果较好。
　　论文还通过试验研究了固相投加量和投加方式对反应器出水水质的影响，结果表明：固相催化剂的投加量对反应器最终出水水质结果影响不大，但固相催化剂的投加方式对反应器最终出水水质有一定的影响，在投加总量不变的情况下，固相催化剂的多次投加可以提高反应器的处理效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 多相UV-Fenton法处理垃圾渗滤液简介

1.3 多相内循环流化床反应器研究进展

1.4 课题研究内容及意义

第2章 内循环反应器的CFD简介及模型选择

2.1 引言

2.2 内循环反应器CFD数值模拟简介

2.3 内循环反应器CFD数值分析模型的确定

2. 4 反应器模型的网格划分及其他条件设置

2.5 本章小结

第3章 多相内循环流化床反应器气液固三相数值模拟

3.1引言

3.2 进气速度对流体力学参数的影响

3.3 进气速度对流体流动的影响

3.4 固相投加量对反应器内部流体力学参数的影响

3.5 本章小结

第4章 多相内循环流化床反应器试验研究

4.1 引言

4.2 气含率的测定与试验研究

4.3 进气速度对反应器处理效果的影响

4.4. 固相催化剂投加量及投加方式对反应器处理效果的影响

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献