气-液下喷环流反应器流动特性研究

发布时间：2020-09-02 07:27

　　气-液下喷环流反应器(RJLR)作为一种新型的过程强化反应设备,可在较低能耗的前提下,获得远高于传统搅拌釜式反应器的混合效率,被广泛应用于受传质或传热过程限制的多相反应系统。虽然气-液RJLR已经在化工、环保、生物制药等领域展示了良好的应用前景,但相对来说,对其内部流动特性地研究还很不完善,无论是实验研究还是模拟研究都相对有限,且都有其特定的适用范围,对气-液RJLR的设计目前还需要依靠大量的实验工作。因此,对其进一步的深入研究,特别是对流体在设备内部的流动特性进行研究,揭示影响反应器宏观性能的本质原因,具有重要意义。本文首先以空气-水体系为研究对象,在实验室建立了气-液RJLR实验装置,以环隙气含率ε_a、气泡粒径分布(PSD)和液相停留时间分布(RTD)作为三个指标,分别确立了各自的分析方法,并对影响三个指标的因素进行了系统的实验研究。结果表明:ε_a随着气相流量、液相流量以及气液比的增大而增大,而喷嘴位置对ε_a的影响相对较小;气泡PSD呈对数正态分布,平均直径及分布范围随气相流量的增加而增大,随液相流量的增加、喷嘴位置的下移及导流筒直径的增大而减小;实验条件下液相RTD更接近全混流,返混程度随导流筒直径的增大而增加,随气相、液相流量的增大以及喷嘴位置的下移先增大后减小,当气量流量0.75m~3·h~(-1)、液相流量1.3 m~3·h~(-1)、喷嘴下移至导流筒上沿下方38 mm时,返混程度达到最大。在实验研究的基础上,为获得更详细的流场信息,建立了气-液RJLR计算流体力学(CFD)模型,利用实验数据验证了模型的可靠性,研究了不同液相流量、喷射器安装位置对导流筒内液相速度分布、环隙液相速度分布和液相循环比的影响规律。结果表明:导流筒内径向的液相速度呈抛物线状分布,中心线处速度最大,沿径向逐渐减小,并随液相流量的增加和喷嘴位置的下移而逐渐增大;环隙液相速度随着液相流量的增加及喷射出口的下移逐渐增大,随着流体的流动,径向速度的最大值由反应器壁面附近逐渐向导流筒靠拢,且径向速度梯度逐渐减小;液相循环比(R)随液相流量的增大逐渐增大,呈线性关系,并随着喷嘴位置的下移,先增大后减小,当喷嘴下移至导流筒上沿下方38 mm时,R达到最大值。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ052

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