结构化多相反应器单通道及床层尺度流动与混合特性研究

【摘要】结构化多相反应器是一种过程强化的新型反应器,与传统的多相反应器如浆态床和滴流床等相比,具有压降低、传质速率高、比表面积大、易于放大等优点,在炼油、石油化工、生物和环境化工等领域具有良好的应用前景。因此,进一步研究结构化反应器是十分必要的。本文从单通道和整体床层两个尺度着手,拓展了测试方法,扩大了流型考察范围,系统研究了结构化反应器内流动和液相混合特性。首先,建立了双电导微探针测试方法和计算流体力学CFD模拟方法,从实验和理论两方而研究了单通道尺度Taylor流的流动特性。结果表明：双电导微探针是一种准确、便捷测量微通道内流动参数的方法,可扩展用于不透明结构化床层测量；在不同表观气、液速下测取了Taylor流型下单通道内流动参数(气含率、液栓长度,气栓速度等),并得到参数的关联式,预测精度良好；所建立的CFD模型可再现单通道内Taylor流的气液流动,模拟结果与实验结果吻合较好。其次,实验考察了单通道内的液相混合特性。采用示踪-响应法,利用电导探针获得浓度-时间曲线,引入轴向扩散模型,选用二次矩方法求解,研究Taylor流型下的平均停留时间和轴向扩散系数。结果表明：单通道内液相平均停留时间随表观气、液速的增大而减小；轴向扩散系数随表观气、液速的增大而增大,轴向混合加剧；同样,轴向扩散系数随毛细管数的增大而增大；建立的彼克莱数关联式能够预测实验结果,偏差在±20%以内。第三,建立了光纤探针测试方法,在工业实际应用的具有高气／液比的剧烈湍动(churn)流型下,考察了结构化床层内的气、液相分布及流动特性。结果表明：光纤探针是一种灵活、高效的测试方法,适用于不透明结构化床层,可同时获得单通道和整体床层两个尺度范围内的流动参数；单通道内液体随轴向分布均匀,而整体床层内不同径向位置液体分布不均匀,三种液体分布器中,列管式分布器分布性能最好；在剧烈湍动流型下,在不同表观气、液速下测取了单通道的流动参数(包括气含率,气栓速度,气栓长度等)以及参数在整体床层内的径向分布,并得到参数的关联式,预测精度良好；结构化反应器的放大效应较小,在±30%之内。最后,实验考察了结构化反应器床层内的液相混合特性。采用示踪-响应法,通过电导探头获得浓度-时间曲线,利用传递函数法求解轴向扩散模型,系统考察了在不同结构化催化剂胞密度下,不同液体分布器和不同催化剂填装方式对结构化反应器液相混合程度的影响。结果表明：对以喷嘴和玻璃珠静态分布器为液体分布器的整体式和分段式结构化多相反应器,液相平均停留时间基本上都是随表观气、液速的增大而减小,但对分段式结构化多相反应器,在较大的表观气速下,平均停留时间随表观气速的变化有趋于平缓,表观液速是平均停留时间主要影响因素。以喷嘴为液体分布器的结构化多相反应器内的轴向扩散程度比以玻璃珠静态分布器为液体分布器的结构化多相反应器内的轴向扩散程度要小。在结构化多相反应器内设置多重分布段可减小轴向扩散。建立的彼克莱数关联式能够预测实验结果,偏差在±30%之内。
【作者】周媛；
【导师】刘辉；
【作者基本信息】北京化工大学，化学工程，2011，博士
【关键词】结构化反应器；流动特性；液相混合；CFD；电导探针；光纤探针；多尺度；

【参考文献】
[1]严彬彬.医患关系的特征及其治理[D].华中科技大学,行政管理,2013,硕士.
[2]羊省.西藏凝灰岩产品市场营销策略研究[D].西南交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[3]张临超.基于宣纸的锂离子电池关键材料制备及表征[D].中国科学技术大学,2014.
[4]李路野.翅片管式换热器表面颗粒物沉积规律研究[D].西安建筑科技大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2013,硕士.
[5]葛伟丽.人大脑半球外侧面脑回形态整体观[D].广西医科大学,人体解剖学,2013,硕士.
[6]沈珍,孙为银.无机化学的研究进展[J].化学通报,2014,07:577-585.
[7]曹均阔,黄萱菁.基于依赖关系的定义类问题回答系统[J].自动化学报,2009,11:1429-1435.
[8]张哲.硬胶囊表面缺陷检测关键技术研究与实现[D].广东工业大学,仪器仪表工程（专业学位）,2014,硕士.
[9]赵亮.定向声波鸟击防范系统信号处理技术研究[D].中国民用航空飞行学院,载运工具运用工程,2013,硕士.
[10]于洪君.三轴转台的解耦控制[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[11]胡志勇.表面贴装设备中的回转头技术[J].世界电子元器件.2000(07)
[12]董晶.处理小区生活污水CASS工艺研究[D].天津大学,水力学及河流动力学,2004,硕士.
[13]杨月乔.越南学生汉语词语色彩义习得偏误分析及教学对策[D].广西民族大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[14]田汶蕊.中国制定禁止对外贿赂法问题研究[D].华中师范大学,经济法学,2013,硕士.
[15]冷艳秋.磁铁矿基催化剂的制备及其降解水中有机污染物的研究[D].济南大学,2014.
[16]王郭亦然.我国刑法禁止令研究[D].贵州民族大学,刑法学,2014,硕士.
[17]鹿玲.西北黄土石油污染生物修复影响因素的研究[D].兰州理工大学,环境工程,2013,硕士.
[18]樊雷.GIS局部放电混频随机窄带干扰抑制及特征提取方法研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[19]赵芮.内蒙古乌海市中小学校教育行政管理信息化的状况调查与分析[D].内蒙古师范大学,现代教育技术（专业学位）,2012,硕士.
[20]张在杰.铣车复合加工中心动横梁的结构分析与优化设计[D].兰州理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[21]HarryMayne,黄伟帆.非线性扫描[J].石油地球物理勘探,1984,04:321-328.
[22]王海涛.重庆大学体育活动考评管理系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]健健.房屋登记相关法律问题研究[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[24]韩军.MSTP在大客户接入中的应用[J].信息网络,2004,09:39-42.
[25]陈智君,张群莉,楼程华,姚建华.Inconel738激光熔覆层的裂纹控制方法[J].应用激光,2013,01:7-13.
[26]王卫.融合RTP和H.264技术的远程视频监控系统[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[27]李勇龙.金属卟啉和其衍生物的合成及其催化性能的研究[D].安徽建筑大学,材料学,2013,硕士.
[28]杨玲,鲍志东,陈开远,李进波,张培园.利用地震小层对比技术分析层序及岩性圈闭[J].石油地球物理勘探,2012,01:150-156+188+199-200.
[29]周巧灵.农民工随迁子女义务教育公平问题研究[D].江西农业大学,思想政治教育,2012,硕士.
[30]曾茂进.LED照明灯具的结构设计与仿真[D].华侨大学,物理学,2014,硕士.
[31]承东升.草根NGO社会公信力提升问题研究[D].郑州大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[32]赵冲.基于免疫遗传算法的双柱悬索拉线塔优化分析[D].重庆大学,结构工程,2014,硕士.
[33]姚绍云.从废杂铜中回收铜的工艺与设备[J].有色金属再生与利用.2006(01)
[34]齐国涛.微软开始数据挖掘[N].中国计算机报,2003-11-03A29.
[35]谭小金.我国医护人员遭砍杀事件的非制度因素研究[D].中国政法大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[36]于勐.油田开发精细化管理评价及提升途径研究[D].东北石油大学,石油工程管理,2013,硕士.
[37]邱小雪.癫痫持续状态大鼠海马线粒体分裂、融合变化的研究[D].山东大学,神经病学,2013,硕士.
[38]李宇杰,王梦恕,徐会杰,张元.纤维布补强地铁隧道结构的数值分析[J].土木工程学报,2014,08:138-144.
[39]蔡文娟.岸基X波段宽带相参雷达海浪信息提取技术研究[D].哈尔滨工业大学,信息与通信工程,2014,硕士.
[40]马壮,杨善林,胡小建.贝叶斯网结构学习的研究现状及发展趋势[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2005,08:833-838.
[41]钱周平.徽州传统聚落秩序化空间营造理念及其传承[D].安徽建筑大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[42]吕强龙.冲突与整合—中国数字出版产业链研究[D].复旦大学,新闻学,2013,博士.
[43]祁琳.英中同传中专家译员与学生译员增补策略的对比研究[D].北京外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[44]元昌安,唐常杰,温远光,胡建军,彭京.基于基因表达式编程的智能模型库系统的实现[J].四川大学学报(工程科学版),2005,03:99-104.
[45]朱晰聪.警察出庭作证问题研究[D].河北大学,诉讼法学,2014,硕士.
[46]冯伟.山区高速公路软土地基处理方法适用性研究[D].重庆交通大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[47]张环环.合肥五星级酒店标准化服务浅析[J].商,2014,10:74.
[48]乔玮.大连旅游职业中专教务管理系统设计与实现[D].大连理工大学,计算机技术（专业学位）,2013,硕士.
[49]李庆忠.含油气砂层的频率特征及振幅特征[J].石油地球物理勘探,1987,01:1-23.
[50]杨勇.临地空间平台通信信道建模[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.