探索声场强化微小流化床反应器流动特性研究

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1、中国石油大学（华东）硕士学位论文声场强化微小流化床反应器流动特性研究姓名：徐以泉申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：郭庆杰20090501摘要微小流化床反应器不仅具有良好的传质和传热特性。其微小的体积有利于节能、减少污染物，提高反应效率，通过引入外力场可以实现反应与传递过程的强化。因此微小流化床可广泛用做气固催化或非催化反应的反应器。研究微小流化床中颗粒的流动特性不仅对认识流化床在毫米级尺度下的流化机理具有重要意义，同时对微小流化床的应用也具有重要的价值。在内径4．3，5．5，10．5，15．5，20．5和25．5lni／1的6个气固

2、微小流化床中，考察了石英砂和不同粒径的催化裂化催化剂(FCC)的流化特性。重点讨论了颗粒、流化介质、壁效应及空隙率对床层压降和最小流化速度的影响。结果表明，微小流化床固定床压降计算值远大于实验值，其差值随床径增大而减小。当床径小于15．5rfllrl，流化床压降计算值明显大于实验值，且随床径减小而增大。当床径大于15．5rni／1，流化床压降计算值与实验值接近。微小流化床空隙率随床径减小而增大是引起微小流化床床层压降计算值与实验值偏离的主要原因。传统的压降与最小流化速度关联式不能直接用于微小流化床。最小流化速度随床径减小而大大增加。在料高直

3、径比值在1：1~3：1范围内，随料高增大最小流化速度呈线性增加。在本实验条件下，得到了微小流化床床径范围在4．3~25．5rnin内的最小流化速度关联式。测试不同的FCC及石英砂颗粒在5个微小流化床中的压力波动信号。使用db2小波函数对压力波动信号进行5尺度分析。并通过不同气速下压力波动标准方差与实验图像的对比分析微小流化床内的流型变化。结果表明，微小流化床压力存在明显波动性。第三、四尺度的小波重构信号可以很好的描述微小流化床内由气泡引起的压力波动。在床径4．3～20．51Tlln范围内，微小流化床随气速增大经历了固定床，散式流态化，鼓泡流

4、态化和节涌流态化四个流型。由压力波动标准方差得到的最小流化速度值与实验值误差在10％以内。在内径4．3mm微小流化床中，考察了声场对FCC及石英砂颗粒流化质量的影响。重点讨论了声压级与频率对微小流化床最小流化速度的影响。结果表明，声场能改善微小流化床流化质量。尤其对于粘性较大的51pan石英砂颗粒，声场可以使其消除沟流，实现稳定流化。声压越大，声场对微小流化床流化质量改善越明显。最小流化速度随声压增高呈单调下降趋势。相同声场条件下，声波对微小流化床最小流化速度数值降低幅度大于大尺度流化床。声场对微小流化床最小流化速度的影响存在一最佳频率。但

5、不同颗粒的最佳频率不同。内径4．3rnlTl流化床，51，67，83gm石英砂颗粒与83p．mFCC颗粒对应的最佳频率分别为91，101，133和142Hz。在一定的声压与频率下，声场可以降低最小流化速度约10～20％。关键词：微小流化床，声场，小波分析，最小流化速度IIFluidizationPropertiesinMicro—scaleFluidizedBedswithAcousticIntensificationXuYiquan(ChemicalEngineering)DirectedbyProf．GUOQingiieAbstract

6、Micro—scalefluidizedbeds(MFBs)arecharacterizedexcellentheatandmasstransferefficiency．BecauseofthesmalldimensionofMFBs，theenergyconsumptionandwasteeffluentisdecreasedgreatly．Withtheintensificationofacousticwave，theeffectofflow,heatandmasstransferratesinMFBsareincreasedsigni

7、ficantly．Itcanbeusedascatalyticandnonecatalyticreactors．ThefluidizationpropertiesarevaluablefortheoreticalinvestigationsandindustrialapplicationsinMFBs．ThefluidizationcharacteristicsofquartzsandandFCCcatalystparticlesin6micro—scalefluidizedbedswithinnerdiameters(Dt)of4．3，5

8、．5，10．5，15．5，20．5，25．5n2inareinvestigated．Theeffectsofparticles，gasproperties，walleffecta