環(huán)流反應(yīng)器流體特性實(shí)驗(yàn)

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1、環(huán)流反應(yīng)器流體特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.考察流化床反應(yīng)器中的氣泡的軸、徑向分布，通過(guò)氣泡分布的測(cè)定，了解流化床內(nèi)的相間相互作用和相間傳質(zhì)。2.改變操作條件如氣速和液速對(duì)氣泡大小分布的影響。3.了解光導(dǎo)纖維測(cè)定的原理及方法。二、實(shí)驗(yàn)原理氣液固三相流化床反應(yīng)器在石油化工、濕法冶金、生物化工、環(huán)境工程和煤的液化等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，三相循環(huán)流化床是在較高液速下操作和具有顆粒外循環(huán)的新型反應(yīng)器，高液速和顆粒外循環(huán)帶來(lái)的一系列優(yōu)點(diǎn)使其具有廣闊的應(yīng)用背景。氣泡行為是三相流化床反應(yīng)器模擬計(jì)算及設(shè)計(jì)放大的重要參數(shù)之一，可用于三相流化床操作區(qū)域的劃分以及相流動(dòng)結(jié)構(gòu)的確定。氣

2、泡行為直接決定流化床中相含率的軸徑向分布、氣液固三相相互作用及相際傳質(zhì)行為。因此，對(duì)氣泡行為進(jìn)行深入研究具有十分重要的意義。探頭法是研究三維床中氣泡行為應(yīng)用較多的一種方法。與電導(dǎo)探頭相比，光纖探頭不僅適用于導(dǎo)電體系，也適用于非導(dǎo)電體系，尺寸可以做的更小，從而減小了對(duì)流場(chǎng)的干擾。實(shí)驗(yàn)裝置主要包括提升管和顆粒循環(huán)系統(tǒng)兩部分，見圖1。提升管為內(nèi)徑120mm、高2.8m的有機(jī)玻璃塔體。顆粒循環(huán)系統(tǒng)由液固一次分離器、固體顆粒儲(chǔ)罐和顆粒輸送管組成，用于實(shí)現(xiàn)顆粒與水的分離和顆粒循環(huán)。本實(shí)驗(yàn)以空氣、水以及0.4mm的玻璃珠組成三相體系?？諝庥伤走M(jìn)入，經(jīng)管式氣液分布器均勻分

3、布后進(jìn)入流化床與液體并流上行，并由塔頂氣液分離后放空。水則分成主水和二次水，分別泵入流化床，主水用于流化顆粒，二次水用于調(diào)節(jié)固相顆粒的入口阻力，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒循環(huán)量的調(diào)節(jié)。在提升管內(nèi)氣、液、固三相并行而上，夾帶出塔頂?shù)囊汗袒旌衔镞M(jìn)液固一次分離器分離，固體顆粒進(jìn)入儲(chǔ)料桶，水進(jìn)入儲(chǔ)水槽。探頭通過(guò)卡套和床壁連接，可以沿著徑向移動(dòng)，測(cè)量不同徑向位置上的氣泡行為規(guī)律。圖1實(shí)驗(yàn)裝置圖1—有機(jī)玻璃塔；2—光纖探針；3—?dú)庖悍植计鳎?—轉(zhuǎn)子流量計(jì)；5—空氣壓縮機(jī)光纖探頭多相流氣泡測(cè)量系統(tǒng)的硬件組成如圖2所示，主要由光源、分光器、光纖耦合器、光探測(cè)器、偏置放大電路、A/D采集板和

4、PC機(jī)以及探頭幾部分組成。光源為連續(xù)式紅外激光光源。由光源1發(fā)出的單束經(jīng)分光器2分成兩束光，經(jīng)光纖耦合器3進(jìn)入光纖，在光纖尖端發(fā)生反射，當(dāng)探頭位于氣相和液相時(shí)反射回來(lái)的光信號(hào)強(qiáng)度不同，將這一光強(qiáng)度信號(hào)通過(guò)光探測(cè)器4轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大處理得到標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行A/D采樣得到原始信號(hào)，將原始信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理即得所需的氣泡行為參數(shù)。圖2光纖探頭多相流氣泡測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成1-光源，2-分光器，3-光纖耦合器，4-光探測(cè)器，5-偏置放大電路，6-A/D采集板，7-探頭三、實(shí)驗(yàn)方法與步驟1.流化床試漏。2.將光纖探頭插入流化床，插入注意不能讓探頭碰到管壁，

5、否則使探頭磨損而無(wú)法使用。插入后旋轉(zhuǎn)光纖探針并使兩探針的連線與水流方向平行。3.給離心泵灌水，開一次水出口閥，開離心泵，調(diào)節(jié)水流量至所需的流量。4.開空氣風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)空氣流量計(jì)至所需的流量。5.將探針另一端與光纖探頭多相氣泡測(cè)量系統(tǒng)連接，并連接光纖探頭多相流氣泡測(cè)量系統(tǒng)的電源。6.打開計(jì)算機(jī)，以DOS方式進(jìn)入，運(yùn)行sample文件進(jìn)行采樣。7.改變空氣流速和探針的徑向位置，運(yùn)行sample文件進(jìn)行采樣。8.停機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)利用光導(dǎo)纖維測(cè)定流化床內(nèi)氣泡大小、氣含率、氣泡上升速率以及氣泡通過(guò)頻率，并考察改變氣速和探針位置對(duì)流化床內(nèi)氣泡大小及分布的影響。本

6、次實(shí)驗(yàn)一共測(cè)量3個(gè)位置，分別為孔中心處（由于有機(jī)玻璃塔直徑為10cm，從管壁處算起，孔中心處為距孔5cm處）、距孔4cm處和距孔3cm處，先測(cè)量管壁處，每測(cè)完一個(gè)位置就往里推進(jìn)1cm，在推的過(guò)程中一定要小心避免將探針折斷。本次實(shí)驗(yàn)為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，在測(cè)量每個(gè)實(shí)驗(yàn)孔的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，共測(cè)5-6組，從而進(jìn)行篩選出誤差較大的數(shù)據(jù)并刪除，然后求取平均值作為實(shí)驗(yàn)的最終數(shù)據(jù)，此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表1。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論1．改變氣速對(duì)流化床內(nèi)氣泡大小及分布的影響由上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，取孔中心處（距孔3cm處）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)探討氣速的改變對(duì)氣泡氣含率、氣泡直徑和氣泡頻

7、率的影響。根據(jù)孔中心處的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別做出圖3、圖4和圖5：圖3改變氣速對(duì)氣含率的影響關(guān)系圖圖4改變氣速對(duì)氣泡直徑的影響關(guān)系圖圖5改變氣速對(duì)氣泡頻率的影響關(guān)系圖由圖3可以看出：在探針?biāo)幬恢帽３植蛔儠r(shí)，隨著氣速的增大，氣含率也是增大的，這是由于氣速越大，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)探針的氣體量越多，則氣含率也就增大。由圖4可得隨著氣速增大，氣泡直徑呈現(xiàn)先增大后減小的關(guān)系，經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)查找，得到：在較低的氣速下，增加氣速將使氣泡平均直徑變小，因?yàn)檫@時(shí)流化床處于氣泡分散區(qū)和聚并區(qū)，增加氣速，使氣液兩相的湍動(dòng)加劇，破碎氣泡的作用增強(qiáng)，氣泡平均直徑變小。在文獻(xiàn)中，關(guān)于氣速對(duì)氣泡大小的

8、影響沒(méi)有統(tǒng)一結(jié)論，這也說(shuō)明氣速的影響同操作區(qū)域以及特