浆态鼓泡塔流体力学实验研究

摘要

费托合成反应是煤间接液化过程的核心技术，其作用是将合成气(H<,2>+CO)直接转化成各种烃类产品。鼓泡塔反应器以其结构简单、造价及操作费用低廉、传热性能好等诸多优点，被公认为是工业上进行费托合成反应的最理想的反应器。 本文的最主要目的是模拟真实的工业费托合成淤浆鼓泡塔反应器的结构以及反应体系，对其塔内的流体力学特性参数进行测量，并将结果与空塔时的结果进行比较分析。工业费托合成鼓泡塔反应体系是气液固三相体系，为了移除费托合成反应所产生的热量，往往在鼓泡塔内安装列管式换热器的办法来移除热量。为了更接近费托合成工业鼓泡塔的真实流动状况，以空气-水-空心玻璃珠体系来模拟工业上的三相体系，并在鼓泡塔内设置一定的管式内构件，通过对流体力学特性参数(气含率和液速)的测量来考察整个鼓泡塔内的流动状况。 本文综合考察了表观气速、塔径、固含率和内构件等因素对鼓泡塔内流体力学特性的影响。剖析了在高气速(～0.93m/s)、大塔径(～760mm)和高固含率(～30Vol％)的条件下，鼓泡塔内的气含率(电导探针法)和轴向液体流动速度(Pavlov管法)的分布规律。研究结果表明：鼓泡塔截面上的气含率呈抛物线型分布，且随表观气速、塔径和固含率的变化呈现出明显的规律性变化；塔中心的液体向上流动，靠近壁面液体向下流动，在塔内形成液相的循环运动，其分布也随表观气速、塔径和固含率呈现出明显的规律性变化。在鼓泡塔内加入均匀布置的管式内构件使得气含率和液速值均升高，且分布变得更为陡峭。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章前言

第二章文献综述

2.1费托合成

2.2鼓泡塔内的流型

2.3气泡特性

2.3.1气泡大小

2.3.2气泡运动速度

2.4气含率

2.4.1气含率的影响因素

2.4.2气含率的径向分布

2.5液体流动速度

2.6流型检测技术

2.7鼓泡塔内的内构件

2.7.1管式内构件

2.7.2内构件的排布形式

2.7.3内构件对流场的影响

2.7.4其他内构件

2.8本课题的主要内容

第三章冷模实验装置及测量方法

3.1鼓泡塔及其流程装置

3.2实验条件与方法

3.2.1电导探针法测量气含率

3.2.2 Pavlov管法测量液体流动速度

3.2.3 Pavlov管法的标定实验

3.2.3实验内容

第四章鼓泡塔内的气含率及其分布

4.1平均气含率

4.1.1表观气速和固含率对平均气含率的影响

4.1.2塔径对平均气含率的影响

4.1.3平均气含率模型

4.2局部气含率分布规律

4.2.1气含率分布的轴向对称性

4.2.2轴向位置对气含率分布的影响

4.2.3表观气速对气含率分布的影响

4.2.4固含率对气含率分布的影响

4.2.5塔径对气含率分布的影响

4.3小结

第五章鼓泡塔内的液相流动动速度

5.1鼓泡塔内的液速分布

5.1.1液速分布的轴向对称性

5.1.2轴向位置的影响

5.1.3表观气速的影响

5.1.4固含率的影响

5.1.5塔径的影响

5.2小结

第六章鼓泡塔内构件研究

6.1内构件对气含率的影响

6.2内构件对液速的影响

6.3小结

第七章结论与展望

7.1 结论

7.2展望

参考文献

致谢