聲場強化微小流化床反應器流動特性研究.pdf

1、微小流化床反應器不僅具有良好的傳質和傳熱特性。其微小的體積有利于節(jié)能、減少污染物，提高反應效率，通過引入外力場可以實現反應與傳遞過程的強化。因此微小流化床可廣泛用做氣固催化或非催化反應的反應器。研究微小流化床中顆粒的流動特性不僅對認識流化床在毫米級尺度下的流化機理具有重要意義，同時對微小流化床的應用也具有重要的價值。 在內徑4.3，5.5，10.5，15.5，20.5和25.5 mm的6個氣固微小流化床中，考察了石英砂和不同粒徑

2、的催化裂化催化劑(FCC)的流化特性。重點討論了顆粒、流化介質、壁效應及空隙率對床層壓降和最小流化速度的影響。結果表明，微小流化床固定床壓降計算值遠大于實驗值，其差值隨床徑增大而減小。當床徑小于15.5 mm，流化床壓降計算值明顯大于實驗值，且隨床徑減小而增大。當床徑大于15.5 mm，流化床壓降計算值與實驗值接近。微小流化床空隙率隨床徑減小而增大是引起微小流化床床層壓降計算值與實驗值偏離的主要原因。傳統的壓降與最小流化速度關聯式不能直

3、接用于微小流化床。最小流化速度隨床徑減小而大大增加。在料高直徑比值在1:1～3:1范圍內，隨料高增大最小流化速度呈線性增加。在本實驗條件下，得到了微小流化床床徑范圍在4.3～25.5 mm內的最小流化速度關聯式。 測試不同的FCC及石英砂顆粒在5個微小流化床中的壓力波動信號。使用db2小波函數對壓力波動信號進行5尺度分析。并通過不同氣速下壓力波動標準方差與實驗圖像的對比分析微小流化床內的流型變化。結果表明，微小流化床壓力存在明顯

4、波動性。第三、四尺度的小波重構信號可以很好的描述微小流化床內由氣泡引起的壓力波動。在床徑4.3～20.5 mm范圍內，微小流化床隨氣速增大經歷了固定床，散式流態(tài)化，鼓泡流態(tài)化和節(jié)涌流態(tài)化四個流型。由壓力波動標準方差得到的最小流化速度值與實驗值誤差在10％以內。 在內徑4.3 mm微小流化床中，考察了聲場對FCC及石英砂顆粒流化質量的影響。重點討論了聲壓級與頻率對微小流化床最小流化速度的影響。結果表明，聲場能改善微小流化床流化質量

5、。尤其對于粘性較大的51μm石英砂顆粒，聲場可以使其消除溝流，實現穩(wěn)定流化。聲壓越大，聲場對微小流化床流化質量改善越明顯。最小流化速度隨聲壓增高呈單調下降趨勢。相同聲場條件下，聲波對微小流化床最小流化速度數值降低幅度大于大尺度流化床。聲場對微小流化床最小流化速度的影響存在一最佳頻率。但不同顆粒的最佳頻率不同。內徑4.3 mm流化床，51，67，83μm石英砂顆粒與83μm FCC顆粒對應的最佳頻率分別為91，101，133和142 Hz