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内构件抑制流化床气固返混研究

作　者: 孙玉建
导　师: 魏飞
学　校: 清华大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 流化床返混构件磷光颗粒示踪 H2示踪
分类号: TQ051.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

流化床内气体和固体的返混一方面使得流化床具有优良的传质和传热效果,可以有效地均匀浓度场和温度场,避免局部过热;但另一方面也导致无法建立浓度和温度梯度,既有可能降低了反应物的转化率,也有可能导致中间产物进行不必要的深度转化,使目标产物的收率下降。因此研究适当的构件形式,既保证流化床的传热性能,又避免返混的不利影响,具有重要的科学意义与工业应用前景。本文设计了一种新型构件,通过控制其孔隙率,在构件下方产生一定的气垫（稀相区）,从而实现了催化剂密相-稀相-密相相间的床层结构。通过二维流化床里的磷光颗粒示踪实验,可以观察到加入构件后颗粒落料的程度相比于不加构件时的自由流化状态明显减弱,即构件对颗粒的返混产生了抑制效果。对相同结构形式但不同开孔率的构件的研究表明,降低开孔率对返混的抑制效果增强,但同时会产生噎塞现象,不利于实际的工业过程。而改变构件底部结构,加强气泡破碎效果,可有效抑制噎塞现象,但同时也削弱了抑制返混的效果。构件的开孔率与结构同时影响固体的返混程度。构件抑制返混的效果可用H₂瞬态示踪实验所得到的停留时间分布（RTD）的曲线方差σ²以及相应的Peclet准数进行定量描述。同时在直径600 mm的冷模流化床中验证了上述构件具有可以方便放大的优点。所得结果为进一步开发工业上可用的构件与反应器结构提供了基础。在热态流化床中加入上述构件进行甲醇芳构化的研究表明,无构件的流化床内的固体返混导致芳烃收率比固定床中低10%,而加入构件抑制固体返混后,芳烃收率可提高5%。这为进一步优化构件结构与进行多层构件设置的研究提供了基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章引言  7-24
  1.1 流化床反应器的特点  7-10
    1.1.1 流态化简介  7-8
    1.1.2 流化床反应器的优缺点  8-9
    1.1.3 流化床中返混带来的不利影响  9-10
  1.2 流化床内气体和固体返混的研究方法  10-14
    1.2.1 气体返混研究方法  10-13
    1.2.2 固体返混研究方法  13-14
  1.3 流化床内气体和固体返混的研究进展  14-21
  1.4 多级湍动流化床技术开发与工业实践  21-23
  1.5 本文抑制流化床返混的研究方向  23-24
第2章实验装置及测试方法  24-37
  2.1 本章引论  24
  2.2 二维流化床磷光颗粒示踪实验  24-29
  2.3 三维流化床甲醇芳构化热态实验  29-30
  2.4 三维流化床冷态H2 示踪实验  30-35
    2.4.1 H2 瞬态示踪实验  31-33
    2.4.2 H2 稳态示踪实验  33-35
  2.5 放大尺度下的H2 稳态示踪实验  35-37
第3章二维流化床中构件抑制返混效果的磷光颗粒示踪  37-49
  3.1 本章引论  37-38
  3.2 无构件与50%开孔率构件的对比  38-41
  3.3 50%与20%开孔率构件的对  41-44
  3.4 20%开孔率，平底与尖底构件的对比  44-49
第4章构件抑制返混效果的热态和冷态实验验证  49-73
  4.1 本章引论  49-50
  4.2 甲醇芳构化热态实验  50-62
    4.2.1 无构件湍床与固定床微反的实验结果对比  51-52
    4.2.2 加入33%开孔率构件后的湍床实验结果  52-56
    4.2.3 不同开孔率或不同结构的构件对MTA 反应的影响对比  56-62
  4.3 流化床中的冷态实验验证  62-71
    4.3.1 H2 瞬态示踪实验  62-70
    4.3.2 H2 稳态示踪实验  70-71
  4.4 构件效果的放大性初步检验  71-73
第5章结论与展望  73-75
  5.1 结论  73-74
  5.2 展望  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  80

内构件抑制流化床气固返混研究

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