化学反应工程论文

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Keywords (1)

引言 (1)

1 试验 (2)

1.1 试验装置及流程 (2)

1.2 参数测量 (4)

1.2.1 气含率 (4)

1.2.2 循环流速 (4)

2 试验结果及讨论 (4)

2.1 气含率与表观气速的关系 (5)

2.2 液体空速的影响 (5)

2.3 环流与鼓泡状态条件下的比较 (6)

2.4 表面张力对气含率的影响 (7)

2.5 压力对气含率的影响 (8)

2.6 环流反应器的操作弹性试验 (9)

3 结论 (10)

参考文献 (10)

环流反应器的冷模试验

摘要：环流反应器结构简单，优点多，因而近年来应用广泛。为了将环流反应器引入煤炭液化领域，建立了大型环流反应器冷模试验装置。进行了氮气-水体系的冷模运转试验，考察了表观气速、压力和表面张力对环流反应器中气含率的影响。在此基础上，对鼓泡状态和环流状态下的气含率进行了比较，并考察了环流反应器的操作弹性，得出了有重要意义的结论。

关键词：环流反应器；气含率；冷模试验

Cold model simulation experiments of loop reactor

Abstract: The loop reactors are applied widely for its simple structure and many merits. To introduce the loop reactor for coal liquefaction, a large-scale loop reactor cold model experimental apparatus was built. Many tests for nitrogen-water system were made with this apparatus, and the effects of gas superficial velocity, pressure and superficial tension on gas holdup were investigated. The gas holdups of bubble state and loop state were compared and loop reactor’s operational flexibility was investigated.Important conclusions were reached.

Keywords: Loop reactor; Gas holdup; Cold-state experiment

引言

环流反应器（LR）是在强化鼓泡反应器的基础上发展起来的一种新型多相反应器。其内部流体进行有规则的循环流动，结构简单，具有较好的传热、传质和混合特性，易于工程放大，适合于气-液、液-液、气-液-固之间的均相和非均相反应[1]。目前已在化学工业、生化工程、环境工程以及石油化工等领域得到应用，其应用前景将非常广泛[2-3]。

虽然环流反应器具有上述优点，但在煤液化领域还没有应用的先例。因此作者所在课题组针对煤炭加氢液化反应体系的特点建立了新型环流反应器冷模试验台，并利用氮气和水体系进行了冷模运转试验希望通过冷模试验，来模拟煤液化反应体系中的煤浆与氢气体系的流体力学行为，为煤炭液化领域开发出新型的反应器——环流反应器。当前环流反应器的研究绝大多数集中在小型装置及常压条件下，对大型环流反应

环流反应器的冷模试验

器的研究比较少[4-5]，而大型加压环流反应器的研究还未见报道[6-7]。因此本研究在环流反应器及煤炭液化反应器方面都具有重要的创新意义。

1 试验

1.1 试验装置及流程

冷模反应器属于内环流环隙气升式环流反应器，反应器主要结构及尺寸大小见图1。导流筒下部有气液分布板，分布板周边均布多个喷嘴，以促使液体和液体从环流反应器环隙向上运动。环流反应器中部和下部安装有2块玻璃视镜，用来观察气泡大小、形状及运动行为。冷模装置流程如图2所示。冷模试验时，先往环流反应器及分离器中注入一定量的液体，并根据研究需要往冷模系统充入一定量的氮气，使整个冷模系统处于一定的压力水平。

然后利用循环气体压缩机和液体泵，使气体和液体在冷模装置内循环运转，在导流筒内外密度差的推动下，液体和气体在环流反应器中呈有规则的环流运动。当环流反应器气液界面低于导流筒上端时，反应器呈鼓泡床状态；当气液充满整个反应器时，呈环流状态。

图1 环流反应器主要参数及结构图（单位：mm）

环流反应器的冷模试验

图2 冷模装置流程图

1—气体入口；2—导流筒；3—气液喷嘴；4—气液分布板；5—压差计；6—液体入口；7—放空口；8—充压口；9—循环氮气压缩机；10—液体循环泵；11—气体流量计；12—液体流量计；13—环流反应器；14—气液分离罐；15—压缩机进口气液分离罐；16—压缩机出口气液分离罐

1.2 参数测量

表征环流反应器流体力学行为的参数主要是气含率和循环液速，它们对环流反应器的放大设计、模型建立和工业生产控制有重要的作用。

1.2.1 气含率

由于不同气含率的流体产生的静压力不同，因此可采用压差法测定局部区域内的平均气含率。由于压差计中的液体与环流反应器中的液体一样，本研究的环流反应器安装有3 个压差计，上部和中部的差压计用来测量环流反应器环隙间的气含率，下部的差压计用来测量环流反应器的入口阻力。

1.2.2 循环流速

环流反应器中流体作有规则的循环流动，循环流速的大小是衡量反应器流动特性的重要参数，对器环间隙的液体速度。

2 试验结果及讨论