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固定床鼓泡反应器是一种特殊的多相反应器,气液两相以并流向上的操作形式通过固定床层,广泛应用于氢气流量受到限制的选择性加氢反应中。本文以空气-水-玻璃珠为三相体系,采集了固定床鼓泡反应器的瞬时压降数据,并建立了反应器内的流型识别方法;研究了反应器内气相停留时间分布的变化规律,并与气泡尺寸分布相关联;通过电容层析成像仪(ECT)对不同流型的气含率的瞬态特征及变化规律进行了研究。主要研究结果如下:
(1)不同流型内压降信号的波形、概率密度分布及功率谱密度分布特点差异显著;随着气液速的增加,床层压降梯度逐渐上升;修正的Larachi的关联式及Khan和Varma的关联式可较好地预测中等塔径(D=280mm)的固定床鼓泡反应器的摩擦压降,均方根偏差分别为±18%与±14.5%。
(2)气液速的增大均使得气相平均停留时间缩短;鼓泡流时,气相Peclet数随ur的增大先将后升;推导出适用于任何直径球形颗粒填料的固定床鼓泡反应器内气相RTD与气泡直径分布的关系的模型(化学公式)直径的正态分布参数m=0.6822,s=0.1674在鼓泡区适用的合理性。
(3)床层总体气含率随气速的增大而明显增大,随液速的增大而减少;关联式εg=0.0968(Reg)0.1622(Re1)-0.0557ε-0.21可预测较宽液速范围的气含率,均方根偏差仅为2.1%;不同流型下瞬态气含率亦存在不同特点,鼓泡区内气含率径向分布更为均匀。