结构化多相反应器内液相流动及轴向扩散性能的实验研究

摘要

结构化多相反应器与传统多相反应器相比具有压降低、传质速率高和比表面积大等许多优点，这使其成为替代传统多相反应器的一个有吸引力的选择。因此，对结构化多相反应器进行深入的研究具有十分重要的意义。本论文主要研究了不同类型结构化多相反应器内的液相流动及轴向扩散性能，以期为该反应器的设计、操作和放大提供基础依据。
　　 实验以自来水为液相，以空气为气相，以喷嘴和玻璃珠静态分布器分别作液体分布器，在表观液速为0．0283～0．0637m/s，表观气速为0．0490～0．2942m/s，并流向下的操作模式下，对50cpsi、100cpsi和400cpsi三种胞密度下的整体式和分段式结构化多相反应器分别进行了“示踪—响应”实验研究。利用电导法，测量了不同表观气、液速度下的“示踪—响应”浓度—时间数据；利用差压传感器同时测量了对应的床层压降—时间数据。
　　 基于实验数据，在以喷嘴为液体分布器的整体式结构化多相反应器内分析了表观气、液速度对轴向扩散程度的影响，考察了平均停留时间、床层压降、平均液含率和平均液栓长度随表观气、液速度和胞密度的变化趋势，获取了反映轴向扩散程度大小的彼克莱数关联式；对比了两种分布器下整体式和分段式结构化多相反应器内平均停留时间、床层压降、平均液含率和平均液栓长度随表观气、液速度的变化趋势以及轴向扩散程度的大小。研究结果表明：
　　 在以喷嘴为液体分布器的整体式结构化多相反应器内：
　　 (1)轴向扩散程度随表观液速的增大而减小，随表观气速的增大而增大。
　　 (2)表观液速增大，平均停留时间和压降稳定程度随之减小，床层平均压降、平均液含率和平均液栓长度随之增大；表观气速增大，平均停留时间、床层平均压降、平均液含率和平均液栓长度都随之减小，压降稳定程度基本不变；胞密度增大，平均停留时间随之减小，床层压降和平均液含率随之增大，液栓长度随之先增大后减小。
　　 (3)获取的反映轴向扩散程度大小的彼克莱数关联式大部分误差都在±30％以内，能够较好的预测结构化多相反应器内的轴向扩散状况。
　　 对比研究结果表明：
　　 (1)平均停留时间、床层压降、平均液含率和平均液栓长度在分段式结构化多相反应器内随表观气、液速度的变化趋势基本上与在整体式结构化多相反应器内的变化趋势一致。
　　 (2)使用喷嘴作液体分布器时反应器内的轴向扩散程度更小。
　　 (3)为减小轴向扩散，可在结构化多相反应器内设置重分布段，但要从是否发生返混和能耗等方面综合加以考虑。

目录

文摘

英文文摘

Contents

主要符号说明

第一章 文献综述

引言

1.1 结构化多相反应器的结构特点

1.2 结构化多相反应器的流动

1.2.1 流型

1.2.2 压降

1.2.3 相含率

1.2.4 流动分布

1.3 结构化多相反应器的轴向扩散性能

1.4 本论文研究的意义和内容

1.4.1 意义

1.4.2 主要研究内容

第二章 实验原理、装置及数据处理方法

2.1 实验原理

2.1.1 电导法测定示踪剂浓度原理

2.1.2 差压传感器测量压降原理

2.2 实验装置

2.2.1 实验流程装置

2.2.2 数据采集系统

2.3 数据处理方法及轴向扩散模型

2.4 求解轴向扩散模型的方法

2.4.1 矩量法

2.4.2 加权矩法

2.4.3 传递函数法

2.5 本章小结

第三章 整体式结构化多相反应器的液相流动及轴向扩散性能

3.1 表观气、液速度对轴向扩散性能的影响

3.1.1 表观液速

3.1.2 表观气速

3.2 床层压降

3.3 平均停留时间

3.4 液含率

3.4.1 单管内泰勒流下的液含率

3.4.2 结构化多相反应器孔道内的平均液含率

3.4.3 结构化多相反应器孔道内的平均液含率与单管内泰勒流下的液含率的对比

3.5 液栓长度

3.6 彼克莱数

3.6.1 彼克莱数与气泡长度与总胞长度之比和表观总速度的关系

3.6.2 彼克莱数的关联式

3.7 本章小节

第四章 分段式结构化多相反应器的性能及其与整体式的对比

4.1 平均停留时间变化趋势的对比

4.2 床层压降的对比

4.3 液含率变化趋势的对比

4.4 液栓长度变化趋势的对比

4.5 轴向扩散性能的对比

4.6 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

附录

附录1 浓度对电压标定数据

附录2 两种分布器下不同类型结构化多相反应器内的实验数据

致谢

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