高密度下行床形成机理及流动特性.pdf

摘要 摘 要 下行床由于气固接触时间短、分布均匀、近似平推流的气固流动方式，是一种理 想的快速反应器，具有良好的应用前景。然而，下行床内颗粒浓度太低，在充分发展 区域仅1%左右，如此低的颗粒浓度，将大大地降低反应器的效率，阻碍其在工业领 域的应用。本研究针对此问题展开研究，在自行设计的一套新型循环流化床装置 卜， 实现了在下行床内高密度操作，颗粒循环流率最高为600kg.mZ.s1，在充分发展区域 颗粒的截面平均浓度达15%。本研究的主要内容有:高密度下行床形成机制;高密度 下行床内宏观气固流动特性;高密度下行床内微观相结构等。 从广义流态化出发，分析了下行床高密度操作的可行性，通过分析下行床循环系 统压力并结合下行床一维轴向流动模型，建立了并流下行循环流化床的压力平衡模 型，并利用模型对高密度下行床的形成机理进行了研究。研究结果表明:下行床内的 颗粒循环流率随着提升管内气速的提高而增大;密度越大，直径越小的颗粒，越容易 达到高的颗粒循环流率;料封段越高，提升管与下行管直径比值越大，越容易达到高 的循环流率。下行床内气速对颗粒浓度有较大的影响，只有在低气速下，才容易达到 高的床层浓度。 对下行床内颗粒瞬态浓度、轴向流动结构以及颗粒浓度的轴、径向分布等气固流 动的宏观特性进行了实验研究。通过分析颗粒浓度的概率密度分布，发现低密度下行 床颗粒浓度的概率密度分布呈单峰结构，高密度下行床颗粒浓度的概率密度分布呈梯 形结构。同时对颗粒浓度的功率谱密度进行了分析。气固在向下流动过程中经过两个 区域:加速区以及恒速区，颗粒的加速段长度约在 1.5-2m之间。颗粒浓度的轴向分 布在全床都比较均匀，径向分布仍呈环/核结构。随着床层平均浓度的增加，颗粒浓 度的径向分布更均匀。 通过分析由光纤探头获得颗粒浓度的瞬态信号，研究了高密度下行床内微观的相 结构特征。稀密两相时间分率的径向分布中心区域比较均匀，其值在 10-20%之间， 且两相所占时间分率都相近。相频率的径向分布中间均匀，在边壁附近急剧下降。稀 密两相停留时间随床层截面浓度的增加略有减小，FCC颗粒在下行床内轴向密相平 均尺寸在10-15mm之间，相当于的颗粒个数从几十到一百。稀相内颗粒浓度是平均 浓度的40%，密相内颗粒浓度为平均浓度的1.7倍。下行床中不存在提升管内那种径 摘要 渭分明的两相结构，且稀密两相的转变是一渐变过程，而提升管内两相的转变是突变。 与提升管的密相相比，下行床内密相尺寸较小，停留时间短，且密度低，因而下行床 内的密相比提升管内更难观察到。 关键词:高密度下行床:提升管:循环流化床;压力平衡;流动特性:相结构 摘要 III MechanismandCharacterofHigh-densityDownflowCirculating FluidizedBed CHENHeng-zhi(ChemicalEngineering) DirectedbyprofessorLIHong-zhong Abstract Duetosuchadvantagesasshorterresidencetime,moreuniformdistributionof particles,lessgasandsolidsbackmixing,thegas-solidscocurrentdownflowfluidizedbed (downer)hasagreatfuture.However,therearesomeshortcomingsofthedowner,which blocksitsindustrialapplication.Oneofthekeyweaknessesisthesolidsholdupaslowas about1%inthedevelopedregionofthedowner,whichreducestheefficiencyofthe downerreactor.So,aspecial