论文部分内容阅读
费托(F-T)合成是将合成气转化为液体燃料的重要技术之一。浆态床反应器因其具有结构简单、传热传质性能好、控温简单等优点,成为目前费托合成工业化的首选。由于浆态床反应器的设计与放大对费托合成技术的工业化有着重要的意义,因此近年来浆态床中流体力学性质的研究受到了广泛的关注。
本论文实验所用的两个反应器由有机玻璃制成,内径分别为11.5cm和38.7cm,气液固三相分别为空气、水和石英砂。表观气速的变化范围在0.09m/s-0.45m/s之间,平均固体浓度分别为5%、9%、15%、20%、25%和30%。从反应器中取出的固体样品用激光粒度分布仪测量其粒径分布,采用DGD(Dynamic Gas Disengagement)技术来测量气泡尺寸的分布。考察气含率、固体浓度分布、粒径分布以及气泡尺寸分布的变化规律。
在不同表观气速及平均固体浓度下考察平均气含率的影响因素,发现随表观气速的增加,平均气含率也增加。其中当表观气速小于0.10m/s时,气含率随表观气速的增加而成比例的增加,此时流型属于均匀鼓泡区;当表观气速大于0.10m/s时,此时流型为湍动区,表观气速对平均气含率的影响有所下降。研究同时发现固体浓度增加会导致平均气含率下降。通过在直径为11.5cm和38.7cm的反应器中的对比实验,发现在直径较小的反应器中得到的平均气含率较高。分别在静止液体高度为3m、4m、5m的条件下做气含率的实验,结果表明静止液体高度的不同对平均气含率几乎没有影响。在反应器装有内构件和没有内构件两种情况下做对比实验,发现装有内构件情况下反应器中的平均气含率更高。采用εg=b0 Ug b1εs0 b2的形式对平均气含率进行关联,在有内构件的反应器中得出εg=0.486626Ug0.558069εs0-0.0239,相关系数r=0.956;在没有内构件的反应器中得出εg=0.365573Ug0.456796εs0-0.10936,相关系数r=0.985。
在不同条件下考察表观气速对固体浓度轴向分布的影响,结果表明表观气速越大,反应器底部和顶部的这种差距就越小,也就是说,表观气速增大,可以使固体浓度轴向分布趋于均匀。并且表观气速对轴向位置较高点的固含率变化影响更加明显。随着平均淤浆浓度的增大,相对固含率的变化趋于均匀,即固体浓度轴向分布趋于均匀。研究同时发现在有内构件情况下反应器底部和顶部的局部固含率差异较小,固体浓度轴向分布比较均匀。
对不同条件下取出的样品进行粒度分布测试,发现在轴向位置X=0.7m的较低处,低气速时测出的平均粒径大,高气速时测出的平均粒径相对较小。当轴向位置在X=1.7m至X=2.7m范围时,表观气速对对粒径分布影响不大。在轴向位置X=3.7m处,低气速下的平均粒径较小,高气速下平均粒径较大。当平均固体浓度增加时,颗粒粒径分布更加均匀。在三个不同轴向位置点下,比较有内构件和没有内构件情况下粒径分布的区别,发现在位置较低的X=0.7m处,两种情况下颗粒粒径分布比较一致,也就是说内构件的存在并没有对固体颗粒的粒径分布造成很大的影响。而在轴向位置较高的X=2.7m和X=4.7m处,有内构件的情况下颗粒的粒径要比没有内构件情况下偏大。总体来说,使用内构件能够使得床层内固体颗粒粒径分布更加均匀。并且在反应器的顶部,这种影响更加明显。
通过DGD(Dynamic Gas Disengagement)技术来测量气泡尺寸的分布,发现表观气速较低时,床层内的气泡尺寸比较均匀,表观气速增加时,大气泡增多。平均固体浓度较高时,大气泡增多;平均固体浓度较低时,气泡尺寸分布相对比较均匀。同时发现使用内构件可以使床层中的气泡尺寸分布更加均匀。分别在静止液体高度为3m、4m、5m的条件下做停气实验,发现静止液体的高度对床层内气泡尺寸的分布影响很小。