噴射型內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器流體力學(xué)的實(shí)驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器廣泛的應(yīng)用于重質(zhì)油加氫、生物發(fā)酵、污水處理等化工過程。工業(yè)上普遍使用帶均勻分布器的內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部氣泡尺寸均勻，氣含率差異不大，循環(huán)速度有限。使用氣液噴射器可產(chǎn)生不同尺寸的大小氣泡，大氣泡加強(qiáng)流體的湍動，有效地克服傳統(tǒng)內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器循環(huán)速度不足的缺陷，小氣泡同時(shí)可以促進(jìn)氣液傳質(zhì)。將噴射型分布器和內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器結(jié)合應(yīng)該是一種是理想的氣液兩相反應(yīng)器構(gòu)型。
　　目前針對均勻分布型內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器的研究較多，而對噴射型內(nèi)環(huán)流反

2、應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)與模擬研究均較少。噴射型內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器涉及高速射流、較寬的氣泡尺寸分布、大尺度的全塔液相循環(huán)等過程，流動狀況復(fù)雜，對該類反應(yīng)器的流體力學(xué)狀況還不甚清楚。本文對噴射型內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器的流體力學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在安裝有噴嘴和錐形底的內(nèi)置(Φ)100×1400mm導(dǎo)流筒的(Φ)200×2500mm裝置內(nèi)開展冷模研究，測量了氣含率和液速的空間分布，考察了反應(yīng)器的多相流動規(guī)律，并建立相關(guān)的CFD模型。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，噴射型內(nèi)環(huán)流

3、反應(yīng)器中噴嘴的射流會在底部產(chǎn)生較大尺寸的氣泡，氣泡在提升管中隨浮升而破碎，氣含率沿高度而增加，分布器影響區(qū)貫穿全塔;降液管中，由于液相對不同尺寸的氣泡攜帶能力不同，氣含率沿軸向遞增。噴嘴產(chǎn)生的大氣泡促進(jìn)了液相的循環(huán)流動，使循環(huán)速度成倍增大，有利于液相混合與固體懸浮。
　　在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上修正了曳力系數(shù)模型，并通過對比模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)為大渦模擬要優(yōu)于可實(shí)現(xiàn)的k-ε模型。曳力修正因子的引入，使該模型能夠較好的模擬平均氣含率等宏觀量

4、的變化，但由于單氣泡模型的缺陷，對于局部流動特征的描述不盡如人意，僅在降液管內(nèi)得到了和實(shí)驗(yàn)吻合的氣含率和液速分布，在提升管內(nèi)的數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)差異較大，無法表現(xiàn)出噴射影響區(qū)貫穿全塔的特點(diǎn)。液相的進(jìn)料會顯著的促進(jìn)氣泡的破碎，使全塔的氣含率明顯增高。
　　為了契合噴射型內(nèi)環(huán)流反應(yīng)器中氣泡分布較寬的特征，使用CFD-PBM耦合模型來對體系進(jìn)行模擬。該模型表現(xiàn)出了反應(yīng)器中由射流產(chǎn)生的大氣泡隨浮升而破碎，氣含率沿軸向高度增加，分布器影響區(qū)顯著