聲場(chǎng)強(qiáng)化微小流化床反應(yīng)器流動(dòng)特性研究.pdf

1、微小流化床反應(yīng)器不僅具有良好的傳質(zhì)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(yīng)效率，通過引入外力場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)與傳遞過程的強(qiáng)化。因此微小流化床可廣泛用做氣固催化或非催化反應(yīng)的反應(yīng)器。研究微小流化床中顆粒的流動(dòng)特性不僅對(duì)認(rèn)識(shí)流化床在毫米級(jí)尺度下的流化機(jī)理具有重要意義，同時(shí)對(duì)微小流化床的應(yīng)用也具有重要的價(jià)值。 在內(nèi)徑4.3，5.5，10.5，15.5，20.5和25.5 mm的6個(gè)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(diǎn)討論了顆粒、流化介質(zhì)、壁效應(yīng)及空隙率對(duì)床層壓降和最小流化速度的影響。結(jié)果表明，微小流化床固定床壓降計(jì)算值遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)值，其差值隨床徑增大而減小。當(dāng)床徑小于15.5 mm，流化床壓降計(jì)算值明顯大于實(shí)驗(yàn)值，且隨床徑減小而增大。當(dāng)床徑大于15.5 mm，流化床壓降計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)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(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值偏離的主要原因。傳統(tǒng)的壓降與最小流化速度關(guān)聯(lián)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(nèi)，隨料高增大最小流化速度呈線性增加。在本實(shí)驗(yàn)條件下，得到了微小流化床床徑范圍在4.3～25.5 mm內(nèi)的最小流化速度關(guān)聯(lián)式。 測(cè)試不同的FCC及石英砂顆粒在5個(gè)微小流化床中的壓力波動(dòng)信號(hào)。使用db2小波函數(shù)對(duì)壓力波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行5尺度分析。并通過不同氣速下壓力波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)方差與實(shí)驗(yàn)圖像的對(duì)比分析微小流化床內(nèi)的流型變化。結(jié)果表明，微小流化床壓力存在明顯

4、波動(dòng)性。第三、四尺度的小波重構(gòu)信號(hào)可以很好的描述微小流化床內(nèi)由氣泡引起的壓力波動(dòng)。在床徑4.3～20.5 mm范圍內(nèi)，微小流化床隨氣速增大經(jīng)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(gè)流型。由壓力波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)方差得到的最小流化速度值與實(shí)驗(yàn)值誤差在10％以內(nèi)。 在內(nèi)徑4.3 mm微小流化床中，考察了聲場(chǎng)對(duì)FCC及石英砂顆粒流化質(zhì)量的影響。重點(diǎn)討論了聲壓級(jí)與頻率對(duì)微小流化床最小流化速度的影響。結(jié)果表明，聲場(chǎng)能改善微小流化床流化質(zhì)量

5、。尤其對(duì)于粘性較大的51μm石英砂顆粒，聲場(chǎng)可以使其消除溝流，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流化。聲壓越大，聲場(chǎng)對(duì)微小流化床流化質(zhì)量改善越明顯。最小流化速度隨聲壓增高呈單調(diào)下降趨勢(shì)。相同聲場(chǎng)條件下，聲波對(duì)微小流化床最小流化速度數(shù)值降低幅度大于大尺度流化床。聲場(chǎng)對(duì)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(nèi)徑4.3 mm流化床，51，67，83μm石英砂顆粒與83μm FCC顆粒對(duì)應(yīng)的最佳頻率分別為91，101，133和142 Hz