气流床反应器液体停留时间研究

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1、气流床反应器液体停留时间研究ctlon气流床反应器液体停留时间研究上海市燃气管理处李小明摘要:文章介绍在D100xl500的有机玻璃气流床反应器中,采用脉冲示踪法测定了气流床反应器液体停留时间分布,分析了喷嘴个数,液体流量和气体流量对液体停留时间的影响.基于实验观察和分析,建立了液体停留时问数学模型,模型计算结果与实验吻合良好.关键词:气流床停留时间模拟实验复合式反应器上部为气流床下部为浆态床,气流床通过下降管与浆态床相连,其主要特点是设有雾化作用的喷嘴,通过循环泵把浆态床的浆料送入喷嘴通道撞击雾化,改善了混合,强化了系统的热质传递.相比于传统的鼓泡床,流化床,

2、气流床反应器具有很好的传递特性,并且能有效地减少轴向返混,具有相间接触时间短,气液比(气固比)调节灵活等特点,适用于燃烧,气化等一些快速反应过程,也可广泛应用于煤制合成气(CO+H2)制油,甲醇合成等强放热反应.复合式反应器气流床中进行的化学反应过程,除了受到化学反应和传递规律的作用外,还受到反应器中物料的流动类型和混合情况的影响,也就是说物料的微观混合和宏观混合是影响反应器性能的重要参数.停留时间分布表征了在化学反应器内物料混合的特性,是微观混合过程在宏观上的表现,与气流床反应器内的流型密切相关,研究气流床反应器的停留时间分布对于反应器的设计放大具有重要的现实

3、意义.1实验部分1.1实验方法采用脉冲进样法测定停留时间分布,示踪剂选用常温下饱和的KC1溶液,将一定量的示踪剂迅速注入气流床反应器的进料(自来水)中,用电导率仪测量出口处的KC1浓度,转化为电压信号储存在电脑中.为保证实验准确度,每个条件下都进行3次半仃买验,j盥辽枉基计重泵弪制41'))2011年第2期上海煤气流床反应器的液体进料量,气体流量计计量气体进料量.1.2实验仪器及设备实验主要装置为复合式反应器上段的有机玻璃气流床反应器,结构尺寸为DlOOx1500.气流床反应器冷模装置如图1所示.8l一水槽2一计量泉3一气流床4一电导率仪5一电脑6一注样口7--

4、气体钢瓶8一流量计图1冷模装置示意水槽中的水由柱塞计量泵输送,通过压力喷嘴雾化后进入气流床反应器,钢瓶中的气体通过气体质量流量计计量后从喷嘴环系通道进入反应器.饱和的KCI溶液从喷嘴口瞬间注入,反应器出口连接电导率仪,测定水中的电导率,并转换为电压信号储存在电脑中.2实验结果讨论2.1喷嘴个数对液体停留时间的影响在液体流量为120L/h,气体流量为0的条件下,考察了喷嘴个数对液体停留时间的影响,其结果见图2.从图中明显看出,与单喷嘴,两喷嘴相比,四喷嘴对置撞击,液体停留时间曲线分布变窄,出峰延迟,液体平均停留时间增加.这可能是四喷嘴撞击对称性好,液滴在撞击区域中

5、的振荡运动时问要比单喷嘴和两喷嘴撞击时长,导致四喷嘴撞击时的平均停留时间增加.图2喷嘴个数对液体停留时间的影响2.2液体流量对液体停留时间的影响热模条件下液体流量即是循环量,液体流量跟气流床的液体滞留量密切相关,因此测量不同流量下的液体停留时问对反应器的设计放大及工业生产有重要意义.实验中考查了对喷无气体条件下,液体流量对停留时间的影响,如图3所示.从图中可以看出,当液体流量较小时停留时间曲线分布较宽,峰高较矮,随着液体流量的增大,出峰时问略有提前且峰宽变窄,峰高变高,且流量增加平均停留时间变短,但是流量从160L/l1后继续增加,停留时间变化较小.这是因为液体

6、流量增加,撞击区域液滴振荡运动减弱,速度提高,导致其停留时间减小.0005l0I520无因次停留时间Produ2_3气体流量对液体停留时间的影响在液体流量为120L/h对喷条件下,测定了进气流量对液体时间的影响,见图4.下图表明相同液体流量不同气体流量下液相停留时间分布曲线基本相同,也就是说气体流量变化对液体停留时间影响微弱.由于实验采用的是压力式喷嘴,液体的雾化状况只与压力有关,气流量对液滴总体运动影响并不大,这与文献报道相符合.从图中还可以看出,当气体流量较大时,出峰稍微提前,平均停留时间有所减少,这可能跟气体对液体的扰动作用有关.18I512街幅O9国06

7、03O000051015202530无次停留时I'Hj图4气体流量对液体停留时间的影响3停留时间分布模拟3.1数学模型停留时间分布反映了反应器内流动过程的混合状况,是了解流动行为特性的手段,模型的建立应以反应器内的流动特征为依据.对于非均相撞击流反应器而言,多采用马尔可夫链或蒙特一卡罗模拟等随机模型,这些模型能够较好地反映反应器内的流动状况.本实验中从喷嘴出来的撞击流股不仅分布在反应器的中心区域,而且在反应器壁面也有液体存在,反应器壁对停留时问有较大影响,这与文献报道相符合.反应器中心区域的流体混合较好,近似全混流,而壁面上的流体由于粘滞力作用,在壁面形成层流.

8、基于以上考虑,用层流模型