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多级鼓泡塔流体力学参数的测量与混合特性的研究

作　者: 秦岭
导　师: 靳海波
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 多级鼓泡塔 筛板 流体力学参数 气含率 气垫层高度 Sauter直径 液体速度
分类号: TQ053.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


鼓泡塔(Bubble Column Reactor)以其结构简单、无机械传动部件、易密封、传热效率高、操作稳定、操作费用低等优点,被广泛应用于加氢、脱硫、烃类氧化、烃类卤化、费-托合成、废气和废水处理、煤的液化及菌种培养等工业过程。液相返混是鼓泡塔反应器最显著的特征之一,其会降低大多数反应过程中反应物的转化率和产物的选择性。基于多釜串联可以有效减小返混的原理,将分布板引入传统的鼓泡塔,形成多级鼓泡塔来降低返混。因此,对多级鼓泡塔内流体力学参数进行深入研究,可以为优化现有反应器的操作和开发设计更高效的反应器提供理论指导,对解决日益严峻的能源和环境问题具有十分重要的意义。本文在直径0.3m、高2.5m的带筛板的多级鼓泡塔中,采用不同种类的筛板与操作条件,利用多种不同的测量技术考察了气含率、Sauter直径、气垫层高度、液体速度、轴向返混系数、液体交换速度等流体力学参数,探讨气泡行为与气液流动特性。实验结果表明,带筛板的鼓泡塔中平均气含率、局部气含率、液体速度等流体力学参数和普通的鼓泡塔有相似的规律,双层鼓泡塔和普通鼓泡塔内局部气含率和液体速度均随径向位置r／R的增加而减小,而表观气速的增加会导致气含率、气垫层高度、液体循环速度、轴向返混系数和液体交换量的明显增大。筛板介入后,会对由下向上运动的气泡和随气泡运动的液体起到阻碍作用,筛板下侧形成气垫层,使筛板上下气液流动脱节,将一个全混流的反应器分割成两个串联的全混流反应器从而减小返混。因此,筛板下侧的气含率比上侧的气含率高。低开孔率的筛板因阻碍气液运动的效果更加明显,使气垫层高度增加,液体交换速度减小。相同开孔率的筛板中,不同的孔分布方式会对流体力学参数产生比较有限的影响,改变孔的分布方式只会略微影响整塔气液流动和混合效果。在本实验中各种实验条件对于Sauter直径的影响都不是很大,Sauter直径基本在10mm左右。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 文献综述  13-30
  1.1 课题背景以及研究意义  13
  1.2 鼓泡塔反应器的流动与传递规律  13-17
    1.2.1 鼓泡塔反应器  14-15
    1.2.2 多级鼓泡塔形式以及应用  15
    1.2.3 鼓泡塔流型  15-17
  1.3 鼓泡塔流体力学参数的测量技术介绍  17-21
    1.3.1 整体平均参数的测量  17-18
    1.3.2 局部参数的测量  18-21
  1.4 鼓泡塔反应器的流体力学参数  21-28
    1.4.1 气含率  21-24
    1.4.2 气垫层高度(GAS CAP HEIGHT)  24-25
    1.4.3 SAUTER直径  25-27
    1.4.4 液体轴向速度分布  27-28
  1.5 研究内容  28-30
第二章 实验装置和测量方法  30-41
  2.1 实验装置  30-32
  2.2 实验体系和实验条件  32-35
  2.3 流体力学参数测量及数据处理  35-41
    2.3.1 平均气含率  35-36
    2.3.2 局部气含率和SAUTER直径  36-37
    2.3.3 气垫层高度  37-38
    2.3.4 局部液体速度  38-41
第三章 鼓泡塔内的气含率以及分布  41-52
  3.1 平均气含率  41-44
    3.1.1 筛板开孔率对平均气含率的影响  42-43
    3.1.2 孔分布方式对平均气含率的影响  43-44
    3.1.3 舌形板开孔角度对平均气含率的影响  44
  3.2 局部气含率  44-51
    3.2.1 气含率径向分布  45-48
    3.2.2 开孔方式对多级鼓泡塔中局部气含率的影响  48-51
  3.3 小结  51-52
第四章 气泡的SAUTER直径  52-57
  4.1 开孔方式对SAUTER直径的影响  52-54
  4.2 开孔大小对SAUTER直径的影响  54-56
  4.3 小结  56-57
第五章 气垫层高度  57-61
  5.1 开孔率对气垫层高度的影响  57-58
  5.2 孔分布方式对气垫层高度的影响  58-59
  5.3 角度不同的舌形开孔角度板对于气垫层高度的影响  59-60
  5.4 小结  60-61
第六章 液体混合特性  61-71
  6.1 轴向液速的径向分布  61-64
  6.2 液相轴向返混系数  64-68
  6.3 液体交换速度  68-70
  6.4 小结  70-71
第七章 结论与展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
研究成果及发表的学术论文  77-78
作者简介  78

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工通用机械与设备 > 塔式化工设备
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