气固流化床分布板区流动特性_陈伟博

第29卷第6期化学反应工程与工艺V ol 29, No 6 2013年12月 Chemical Reaction Engineering and Technology Dec. 2013 文章编号：1001—7631 ( 2013 ) 06—0488—07

气固流化床分布板区流动特性

陈伟博1,2，程中虎1，房倚天1

(1.中国科学院山西煤炭化学研究所，山西太原 030001；2.中国科学院大学，北京 100039)

摘要：采用摄像法，在2维流化床中，研究了孔速、开孔率和颗粒物性对分布板区射流深度、死区高度的影

响。结果表明，随着孔速和孔径的增加，射流深度增大，颗粒运动区增大，死区高度减小。在相同的孔速下，

多孔分布板的射流深度更大。对于不同的颗粒物料，在相同U/U mf（U为表观气速，U mf为最小流化气速）下，

射流深度基本一致。与文献中的射流深度计算公式进行对比，将U/U mf引入分布板区射流深度计算公式，提

出了新的射流深度计算公式。对不同条件下分布板区死区高度数据进行拟合，得到了死区高度的经验关联式。

关键词：流化床分布板区射流深度死区高度

中图分类号：TQ021.1；TQ545 文献标识码：A

气固流化床具有良好的传质、传热性能，广泛应用于石油化工、煤化工等工业领域。在设计流化床时，经常遇到的一个问题是如何预测分布板上方气固流动行为。气固流化床中分布板上方，孔射流深度以下的分布板区对整个流化床的气固流动、传质传热和反应过程有着重要的影响。Behie等[1,2]提出了分布板区反应模型，发现流化床反应器中快速反应大部分是在分布板区完成的。射流是气体进入流化床后形成的空穴，在射流边界，气体对固体颗粒有着强烈的夹带作用，对颗粒的流动和磨损有着较大影响。在射流顶端，气泡与射流分离，气泡初始大小的研究对气泡行为的预测有很大的帮助。分布板区的研究对分布板的设计和气固流化床内气固流动的认识都有重要意义。在描述流化床气固流动行为时，射流是一个重要的研究对象。对射流的研究主要集中在两种类型的射流：一种是在流化床中独立于分布板的射流管产生的射流。Merry[3]研究了2维床中的射流，提出了垂直射流深度的经验关联式；Yang等[4]在总结了2维和3维流化床中单孔和多孔射流数据后，提出了以两相Froude数为基础的射流深度关联式；Guo等[5,6]对射流流化床中的射流深度进行了研究；Sauriol等[7]研究了圆柱床中不同方向的射流管产生的射流，发现分布板流化风量会对射流管的射流产生影响。另一种是分布板区射流。分布板区主要分为射流区、颗粒运动区和死区。Wen等[8]在2维床和圆柱床中研究了颗粒死区，提出了消除颗粒死区所需气量的经验关联式。Horio等[9]提出了分布板区的模型，并得到了颗粒运动区直径和死区高度的经验关联式。Müller等[10,11]采用MRI（Magnetic Resonance Imaging）研究了圆柱床中分布板区射流，得到了射流的3维图像，并分别提出了射流深度计算公式。Agarwal等[12]采用PIV（Particle Image V elocimetry）和DIA（Digital Image Analysis）研究2维流化床中分布板区，发现在U o/U o mf 2D为1左右，射流的发展是不一致的，因此，将射流深度计算公式分为了两部分。对分布板区的研究可为流化床的设计和操作提供重要的参考，为了进一步了解分布板对流化床内气固流动的影响，本工作利用摄像法，采用多种分布板和颗粒，对流化床分布板区进行研究，提出了新的射流深度和死区高度经验关联式。收稿日期：2013-07-19；修订日期：2013-08-15。

作者简介：陈伟博（1988—），男，硕士研究生；程中虎（1962—），男，副研究员，通讯联系人。E-mail：chengzh@。

基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA07050100）。

第29卷第1 实验实验验中使用面2 mm 参数见表

1-R P M Fill 即以射流

Ho 第6期 验部分

验装置如图用的2维床宽m ，P 为相邻表1。实验中Fi Roots blower; 2-r 6-distr Types

A1 A2 A3 B1 B2 C1 C2

Particles

Polystyrene Mung bean Sorghum

la 等[13]总结流顶端气泡分图Fig.3 Schemati

rio 等[9]

根据

1所示。实验宽200 mm ，厚邻两个孔的孔间中采用了聚苯图1 实验装置ig.1 Experiment rotameter; 3-bed; ributor; 7-plenum T d o

/Tab 了射流的发展分离前，射流3 流化床中气体ic of gas injectio 研究分布板上

陈伟博等验设备主要有厚15 mm ，分间距，床体、乙烯颗粒、高置

setup

4-camera; 5-com m chamber

表Table 1 Structu /mm 4 4 4 3 3 2 2

表le 2 Physical pr d p /mm 1.10 3.60 2.75

展，如图3所流颈部的高度体射流

on in fluidized b 上方颗粒运动L i L j

等. 气固流化床有鼓风机，转分布板结构如、分布板和气高粱米颗粒和

mputer;

1分布板结构re parameters o N 2 3 5 3 5 3 5

2 颗粒物理性roperties of test 所示。本实验度为射流深度

ed 动作了死区和床分布板区流动转子流量计，如图2所示。气室通过法兰和绿豆颗粒，Fig.2构参数

of distributor p P /mm 10044, 55,4066406640

性质

ted fluidized be ρp /(kg·m 1 2001 4631 395验的射流深度度。 图F 和颗粒运动区动特性 2维流化床，为了观察，兰连接。实验颗粒物性见图2 分布板Schematic of di plates

m 66

d media

m ) 0 3 5

度（L j ）定义4 分布板区结Fig.4 Model of g 区模型，如图P

d m

，摄像机和计射流分布板孔中所使用的分见表2。 板结构

istributor plate

Fractional free 0.84 1.26 2.09 0.71 1.17 0.314 0.523

U mf /(m 0.4 1.181.03义沿用了Filla 结构模型

grid zone

图4所示。

dead zone

h s

489

计算机。实孔距离床板分布板结构area, %

m·s )

8 3

a 的定义，