摘要：管式气体分布器广泛应用于煤化工、生物制药、废水处理及石油化工等领域。目前分布器的研究报道较为分散,新工艺的开发和反应器的放大研究对分布器提出了新的要求和挑战。因此,从分布器对反应器性能的影响、分布器内变质量流流动行为、分布器的研究方法、设计需求和未来研发建议5个方面对管式气体分布器研究进展进行了系统性分析和综述。均匀的分布器布气行为有利于增加反应器的气含率,减小压降和死区,提升相间传递及反应过程,尤其是对于具有较低高径比的示范及工业规模反应器。管式气体分布器的布气行为是摩擦压降和压力回升协调竞争的综合结果。一维理论模型是预测管式分布器内气体分布行为的方法之一,模型预测结果与选用的管道摩擦系数、压力回升系数和孔板阻力系数的表达式有关。压力回升系数本质上与分布孔前后的速度或动能变化率相关,孔板阻力系数与单位动量穿孔流体的压降相关。通过改变分布器的几何结构来调节3个特征参量是提升分布器的布气均匀性的有效途径。研究多环和多级大型复杂分布器的布气规律和考虑分布器布气规律与反应器模拟中进口条件的耦合是反应器放大过程中亟需解决的问题。CFD模拟可以揭示分布器内的局部流动细节,但目前仍难以支撑模拟具有复杂几何结构的大型分布器,未来需要与超级并行计算技术相结合。综合使用理论模型、实验测量和CFD模拟3种方法可以为工业上大型复杂多级分布器的设计优化和保障反应器的高效运行提供科学指导。

摘要：气体分布器是费托合成浆态床反应器的主要内构件,影响反应器的流体力学状态和反应性能。根据已有的工程实际经验设计了多层结构的管式气体分布器,以充分利用底部封头的空间。在给定的5层气体分布器整体尺寸及基准设计条件下,采用计算流体力学方法 (CFD)对其进行模拟计算和结构优化。首先气体按三维稳态不可压缩流体处理,由于分布器喷嘴出口处于湍流状态,因此选用SST-kω单相湍流模型以匹配分布器存在曲率流动的工况;随后在流体的连续性方程和动量方程等控制方程基础上建模,采用计算流体力学软件STAR-CCM+求解方程组,并对多层气体分布器的三维流场进行数值模拟,发现基准设计条件下的分布器存在偏流和流量分布不均的问题;最后,以各层喷嘴的数量、直径和长度为设计变量,以气体分布均匀性为目标函数,在分布器喷嘴出口气体速度不高于75 m/s的限制条件下,采用SHERPA算法,对15个设计参数进行了120次迭代计算和优化,优化过程覆盖了各参数的取值范围。优化结果为每层喷嘴数量在9~15个、喷嘴半径在9~14 mm、喷嘴长度接近150 mm的上限,调节流体通过的压降,克服分布器各层最大的静压差,使气体在各层环形分布管之间均匀分配;同时喷嘴半径应随层数的增加而增加,喷嘴数量也须与半径和长度相互协调,才能得到最优的气体均布性能。最终优化设计的分布器可以获得均匀合理的流量分配,不存在短路现象,且流线较为光滑,不存在局部漩涡等非理想流场。

摘要：利用基于多流体模型框架的瞬态计算流体力学(CFD)预测了流场、浓度分布、压力变化及放大效应等流体力学特征,结果显示:集液杯起到很好的脱气作用,改变了周围流场和反应器压降;不含内构件的区域,浆液在中心处向上、边壁处向下流动;对于三维模拟,小直径反应器的集液杯顶端下方出现气含率增加的现象,放大后此效应消失,集液杯上的压降随着集液杯距离中心增加而减小,而受力则先增加后减小,为其合理设计提供了理论依据。

摘要：为了研究网格模型简化形式和网格分块策略对模拟精度的影响,对喷雾造粒塔进行了多组网格划分并将数值模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明:采用简化的网格模型得到的模拟结果无论是数值大小还是变化趋势与实验结果偏差较大;采用无简化喷嘴网格模型(喷嘴出口网格垂直映射)得到的模拟结果有所改善,而建模时考虑了射流方向和物理耗散的无简化喷嘴网格模型得到的模拟结果效果最佳。因此在网格模型简化后需要对模拟结果进行对比验证,而且不能忽视网格分块策略对模拟精度的影响。

摘要：由于气液固三相同时存在及内构件的设置,费托合成浆态床反应器传递和反应过程复杂,在反应器设计与工业放大上面临着巨大挑战。介绍了费托合成浆态床反应器的结构特点,概述了近年来费托合成浆态床反应器流体力学、反应器放大的研究进展与成果,并分析了内构件对流体力学和反应器放大的影响。从反应器结构与模型等方面论述了浆态床反应器工程设计的重点和关键,为反应器性能优化与放大提供可行的解决思路与方案。

摘要：通过对低温浆态床费托合成反应工艺特性和反应器性能要求的分析,为有利于蜡抽出系统的设计和维护、催化剂和反应温度在反应器床层的均匀分布,提出了浆液自行外循环固液分离浆态床反应器设想。通过气速对催化剂颗粒沉降、携带的影响,气体分布器对气含率的影响,浆液自行外循环推动力等因素分析,采用流体动力学、传热模型和宏观费托合成反应动力学模拟计算,确定了浆态床反应器的尺寸,以及进料分布器、内取热列管等内构件结构以及气固分离设备的结构,开发出了应用于低温费托合成外循环浆态反应器。

摘要：为了解浆态床鼓泡反应器中气含率的分布规律,在浆态床鼓泡反应器冷模试验装置中,以空气-液体石蜡-氧化铝微球为试验介质对装置内部的气含率进行研究。利用压差法研究了表观气速、浆液固含量等操作条件对反应器床层总体气含率的影响,利用光纤探针法研究了浆态床反应器不同操作条件对局部气含率的影响,总结了反应器内部气含率的分布规律,并由此对工业浆态床鼓泡反应器的设计进行了研究。结果表明:浆态床反应器的总体气含率随表观气速的增大而增大,固体细颗粒的加入能适当降低总体气含率;在反应器底部,分布器对气体的均布作用明显,但表观气速的增大能够弱化分布器的作用;在反应器的中上部气含率不受分布器的影响,沿反应器径向呈现"中间高,边缘低"的分布趋势;在工业费托浆态床中,表观气速不宜低于0.12 m/s,内过滤系统适宜设置于反应器中上部靠近器壁的位置。

摘要：在多相反应器中,相界面积是影响过程效率的重要参数。微气泡可以提高气液间相界面积,同时延长气液相间停留时间,达到强化传质的目的。通过借助新型分布器将微气泡引入到浆态床反应器,强化了反应器的传质性能。设计与开发了新型浆态床气体分布器,搭建了微孔气体分布器的测试平台,进行了2种成泡试验,借助高速摄像拍摄获得空气-水体系中气泡的生成过程,得到了气泡的尺寸变化以及气泡生成频率,比较分析开孔型式和表观气速对气泡生成过程的影响,以确定中试或工业放大新型气体分布器的型式。

摘要：开发流化床还原技术是实现费托合成催化剂高活性并提高其长周期运转性能的可能途径,而流化床还原操作条件的优化为该技术的关键。结合计算流体力学,利用双流体模型研究了流化介质、催化剂粒径、催化剂密度以及操作气速等操作条件对催化剂流化状态的影响。数值模拟结果表明:流化介质对催化剂的流化状态影响较大,催化剂细粉在流化床还原过程中可被有效分离;随着催化剂密度的增大,其操作气速也需相应提高。模拟结果和实验数据相一致,验证了数值模拟的合理性,展现了计算流体力学在指导反应器设计和优化方面的前景。

摘要：泡罩分布器是多相流设备的重要内构件,因其应用场景的差异,导致其结构型式多样化。本文总结了泡罩结构、排布对流体力学和相间传递过程的影响,包括在精馏塔中气液相分布情况、上层清夜高度和持液率等;在气固流化床中均匀布气特性和流化性能;在鼓泡床反应器布中气泡的尺寸、气含率和压降等。对泡罩分布器在多相流设备的应用现状也进行了分析,为设计开发新型分布器提供参考。