氣液固三相流化床反應(yīng)器

氣液固三相流化床反應(yīng)器第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容三相流化床簡介、結(jié)構(gòu)及工作原理

三相流化床流體力學(xué)的研究三相流化床傳質(zhì)的研究三相流化床傳熱的研究三相流化床新領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用

第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床簡介

氣-液-固三相反應(yīng)工程是化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域中最令人感興趣的領(lǐng)域之一。與傳統(tǒng)的氣-固相催化反應(yīng)器相比，在氣-液-固三相反應(yīng)器中，由于有液相作為熱載體和對(duì)固體催化劑的懸浮作用，使反應(yīng)和傳遞性能有很大的改進(jìn)。三相流化床具有高效傳質(zhì)的特點(diǎn)，適用于化學(xué)吸收、除塵等多種場(chǎng)合。在流化床反應(yīng)器中，液體自下而上運(yùn)動(dòng)，會(huì)同氣體的懸浮作用，使固體顆粒在反應(yīng)器內(nèi)呈均勻流動(dòng)狀態(tài)。

第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的結(jié)構(gòu)及工作原理流化床氣液固三相反應(yīng)典型流程

2.恒溫糟3.供氣系統(tǒng)4.碳酸鈣粉末添加裝置5.多孔擋板6.補(bǔ)料槽7.蠕動(dòng)泵8.出氣并出料口圖1三相流化床生物反應(yīng)器第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.

液相自循環(huán)三相流化床 液相自循環(huán)三相流化床——三相反應(yīng)器是由氣、液分布板,三相流化床層氣、液、固分離室和液相自循環(huán)管4部分組成(見圖2)。圖2液相自循環(huán)三相流化床反應(yīng)器示意圖1-氣、液、固分離室;2-三相流化床層;3-氣、液分布板;4-液相自循環(huán)管第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的結(jié)構(gòu)及工作原理工作時(shí)，氣體從塔底進(jìn)入，經(jīng)氣、液分布板進(jìn)入三相流化床層與液相和固相充分接觸,當(dāng)上升到氣、液、固分離室后，分離氣體從頂部排出。由于氣泡的存在,使反應(yīng)塔內(nèi)氣—液—固三相流體的表觀密度小于循環(huán)管內(nèi)液—固兩相流體的表觀密度,由此表觀密度差,使物料自塔底而上,進(jìn)入分離室后溢入循環(huán)管,形成液相自循環(huán)流,此自循環(huán)流與氣體共同進(jìn)入底部，經(jīng)氣、液分布板，使分布板上方的固體顆粒不斷懸浮流化，在床層內(nèi)，由于自然層析作用，形成固體顆粒上稀下濃、上輕下重的分布狀態(tài)，輕的固體顆粒被帶入氣、液、固分離室，分離氣體后的液流進(jìn)入自循環(huán)管返回底部，周而復(fù)始地工作，依靠氣提原理進(jìn)行自循環(huán)，無需外加動(dòng)力。第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的結(jié)構(gòu)及工作原理2.氣升式三相流化床

圖3氣升式三相流化床第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的結(jié)構(gòu)及工作原理3.三重環(huán)流三相流化床

圖4三重環(huán)流生物三相流化床結(jié)構(gòu)示意圖第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床流體力學(xué)的研究三相流化床流體力學(xué)研究，是在冷態(tài)條件下模擬三相床反應(yīng)器中流體流動(dòng)方式，考察了各種因素對(duì)氣含率、床層壓降及起始流化速度的影響，用以作為三相床反應(yīng)器的研究基礎(chǔ)。并用多元逐步線性回歸法關(guān)聯(lián)了各影響因素之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可為三相床反應(yīng)器的開發(fā)提供研究依據(jù)。第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)流程

反應(yīng)裝置如右圖1所示。反應(yīng)器為一直徑0.07m，高1.0m的透明有機(jī)玻璃塔，在0.49m處設(shè)有45o錐角，高度0.05m的錐體；0.54m以上為直徑0.14m的擴(kuò)大段。冷態(tài)實(shí)驗(yàn)中氣相為空氣，液相為水，因相為100~180目的砂子。實(shí)驗(yàn)時(shí)按事先所確定的因含率加入適量的砂子。氣體則由一臺(tái)小型風(fēng)機(jī)經(jīng)緩沖計(jì)量后由反應(yīng)器底部側(cè)面進(jìn)入，并通過氣體分布板進(jìn)入反應(yīng)器，在反應(yīng)器上端擴(kuò)大段(使氣液兩相易于分離)氣液分離后放空。液體經(jīng)流量計(jì)計(jì)量后，由反應(yīng)器底部經(jīng)分布器進(jìn)入反應(yīng)器并與氣體并流，在反應(yīng)器上端擴(kuò)大段，經(jīng)溢流口過濾后排出。第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)條件本實(shí)驗(yàn)采用單變量實(shí)驗(yàn)方法。因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)是為以后的工業(yè)生產(chǎn)而進(jìn)行的基礎(chǔ)研究，考慮到工業(yè)中實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)條件如下：(1)表觀氣速(ug)：0.4~8cm/s，設(shè)置12個(gè)水平，由低到高上行后，再由高到低下行，以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。(2)固含率(εs)；(10~40)%，以5%的量遞增，共設(shè)置7個(gè)水平。(3)表現(xiàn)液速(uL)：0.144~0.808cm/s，設(shè)5個(gè)水平。第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)試方法1.固含率εs以100g水中砂子的質(zhì)量為基準(zhǔn)第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)試方法2.氣含率:εg是氣應(yīng)體體積占整個(gè)反應(yīng)器體積的分量。本實(shí)驗(yàn)采用床層膨脹法來測(cè)量，即通過靜止床層的高度與氣體通過時(shí)的膨脹高度之差求得平均氣含率，其計(jì)算式為：第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)試方法3.床層壓降：床層壓降△p是通過反應(yīng)器上下測(cè)壓點(diǎn)以斜管（與水平呈30o角）法測(cè)量的，兩測(cè)壓口間的距離為0.4m，故其計(jì)算公式為：第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月操作條件對(duì)壓降的影響

1.表觀氣速對(duì)壓降的影響

在固含率εs和表觀液速uL不變的條件下，壓降△p隨著表觀氣速ug的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，圖2所示為不同uL的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在未通入氣體前，固體顆粒沉積于床層底部，形成一個(gè)相對(duì)固定的床層，待通入氣體后，氣體作用于這個(gè)床層，并逐步使固體流化須首先消耗一定的能量，一旦床層完全流化，床層混合平均密度下降，△p開始下降。同時(shí)ug的增大，勢(shì)必造成床層阻力增加，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，床層混合平均密度下降對(duì)△p影響程度比ug增大的影響要大，故隨著ug的增加，△p出現(xiàn)一個(gè)最大值后開始下降。在不同表觀液速條件下，這一床層的疏松度也不同，而uL越大，表現(xiàn)液速對(duì)液化過程的作用越大。從而最高值越小。第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月操作條件對(duì)壓降的影響2.uL對(duì)壓降的影響

圖3顯示了在幾種氣速下不同的uL對(duì)的影響。從圖中可以看出，在其它條件不變的情況下，△p隨著uL的增加而略有下降。由于液體與氣體并流，所以液體對(duì)固體顆粒的流化起到了促進(jìn)作用，uL值越大，促進(jìn)作用越強(qiáng)，相對(duì)來說氣體對(duì)流化作用就有所減弱，而床層流化程度的上升必定造成△p的下降。同時(shí)流化程度的增加，使得氣泡聚并的機(jī)會(huì)減少，則氣含率就會(huì)有所增加，引起床層混合平均密度下降，也造成床層壓降的降低。第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月操作條件對(duì)壓降的影響3.εs對(duì)△p的影響

床層固含率εs的增大，勢(shì)必使床層混合平均密度增大，從而使△p增大。圖4為εs與△p之間關(guān)系的變化趨勢(shì)，在不同的氣速條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

操作條件對(duì)氣含率的影響

1.表觀氣速對(duì)氣含率的影響 表觀氣速是影響床層氣含率最主要的因素。固定εs和uL不變，逐步增加表觀氣速，表觀氣速的增大則單位時(shí)間內(nèi)流人整個(gè)床層的氣體的量增加，在氣泡的尺度與分布正常的情況下，即氣泡間無明顯的聚并時(shí)，床層內(nèi)氣泡數(shù)量隨著氣速的增大而增加，故氣含率。氣含率逐步增大。2.表觀液速對(duì)氣含率的影響是隨著uL的增加氣含率略有增加。3.固含率對(duì)氣含率的影響是，固含率的增大，使得床層內(nèi)固體顆粒的數(shù)量增多，使得氣泡聚并的機(jī)會(huì)增多，從而形成到氣泡的可能性較大，故而引起氣含率的下降。第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月固含率、表觀液速對(duì)起始流化速度的影響固含率的增大，則氣體使床層流化的阻力增加，要使床層開始流化則需要更大的氣速但由于液體對(duì)流化的促進(jìn)作用，故在高表觀液速時(shí)起始流化速度較低表觀液速的Uc小。因?yàn)闅庖翰⒘?，兩相?duì)固體顆粒均有流化作用，隨著表觀液速的提高，床層趨于疏松，則Uc必呈下降趨勢(shì)第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月回歸結(jié)果通過以上所得結(jié)果，對(duì)影響床層壓降△P、氣含率εg及起始流化速度UC的各種因素的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸，采用的方法是多元線性逐步回歸法，所得各關(guān)聯(lián)式為:第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論

1.三相流化床的壓降由于有液體與氣體的同時(shí)流動(dòng)而略有減少，操作能耗隨之減小，但液體的流動(dòng)須消耗一定的功耗。2.εs是影響床層壓降最主要的因素，直接影響操作的能耗，而εs另一方面又涉及到反應(yīng)器的處理能力，故確定合理的因含率是十分必要的。3.三相流化床由于液相的循環(huán)流動(dòng)而涉及氣液分離的問題，特別是在高表觀液速和高固含率的情況下，分離問題更顯重要。第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的體積傳質(zhì)系數(shù)KLa

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 研究三相流化床反應(yīng)器內(nèi)固體粒子的粒徑大小,氣體速度,液體速度等對(duì)體積傳質(zhì)系數(shù)KLa的影響。實(shí)驗(yàn)方案： 采用285mm的有機(jī)玻璃塔作為三相流化床,用壓縮空氣來解吸水中的溶解氧,采用一維軸向擴(kuò)散模型來處理數(shù)據(jù)。第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)流程圖示為實(shí)驗(yàn)流程示意圖,主體設(shè)備三相流化床為內(nèi)徑285ｍｍ高為4100ｍｍ的有機(jī)玻璃塔,在塔的底部裝有氣液分布器;次要設(shè)備吸收塔為內(nèi)徑200ｍｍ,高4000ｍｍ的有機(jī)玻璃塔,內(nèi)填巨鞍形不銹鋼填料,采用亂堆方式裝入,以利于氧氣被水充分吸收達(dá)到飽和。第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)流程流程說明:

氣相:經(jīng)緩沖罐來的壓縮空氣經(jīng)玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后,在流化床的底部經(jīng)氣體分布器后進(jìn)入三相床內(nèi),呈氣泡形狀上升,解吸水中的氧氣后在塔頂放空,在計(jì)量后進(jìn)塔前裝有壓力表和溫度計(jì),用來測(cè)量入塔空氣的壓力和溫度。

液相:水槽內(nèi)的自來水由吸收塔的頂部進(jìn)入,與來自鋼瓶由塔底進(jìn)入的純氧進(jìn)行逆流吸收,變成富氧水后由吸收塔底部排出,由清水泵打入流量計(jì),經(jīng)精確計(jì)量后進(jìn)入三相床底部的預(yù)分布段,經(jīng)過分布器進(jìn)入塔內(nèi)。被空氣解吸氧后的水在塔頂經(jīng)過篩網(wǎng)進(jìn)行液固分離后進(jìn)入水槽循環(huán)使用。

固相:采用定量間歇的方法加入流化床內(nèi),被空氣和富氧水流化,但在篩網(wǎng)的作用下而不會(huì)被帶出。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)論通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和整理,我們得到如下一些影響傳質(zhì)系數(shù)的因素:1.分布板效應(yīng)及塔高對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在分布板附近KLa急劇下降,然后沿床高的增加KLa的降低速度變慢,隨著流速的增加KLa增加,但氣速的影響比液速的要大,可見塔高和分布板對(duì)KLa具有一定的影響。2.粒子對(duì)KLa的影響 傳統(tǒng)理論認(rèn)為隨著粒徑的增大和裝量的增加KLa均有所減小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，宜采用的粒徑小于1ｍｍ,一般認(rèn)為粒子主要是影響氣泡行為,通過改變氣泡的聚并破碎現(xiàn)象來影響KLa的。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)論3.氣速對(duì)KLa的影響 大量的實(shí)驗(yàn)己經(jīng)表明,KLa總是隨著氣速的增加而增加,傳統(tǒng)認(rèn)為主要原因是氣速的增加使塔內(nèi)的氣含率增加,而且也使相接觸面積增加,特別是大粒子時(shí)ａ的增加更為顯著。4.液速對(duì)KLa的影響 液速對(duì)三相流化床的傳質(zhì)系數(shù)的影響一般認(rèn)為比較復(fù)雜,且一般的結(jié)論為隨液速的增大KLa也相應(yīng)增大,但其影響沒有氣速的影響明顯。綜合起來看,液速對(duì)KLa的影響在小粒徑時(shí)要比大粒徑敏感,一般認(rèn)為這與氣泡的聚并現(xiàn)象有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)表明,隨著液速的增大,KLa值也隨著增加,通常認(rèn)為液速增加起穩(wěn)定氣泡及抑制氣泡聚并破碎的作用,使氣泡在塔內(nèi)分布均勻,氣泡的穩(wěn)定性增加,從而改變了床層內(nèi)的相含率εｓ,也就是間接增大了相間接觸面積,從而可以提高KLa的值。第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)論5.其它因素對(duì)KLa的影響 大量的文獻(xiàn)表明KLa的數(shù)值與實(shí)驗(yàn)所用的方法介質(zhì)等有很大的關(guān)系。一般說來用吸收法和解吸法所得到的結(jié)果是不完全一樣的。KLa值隨液體粘度和表面張力的升高而升高，同時(shí)KLa值還與介質(zhì)的密度、溫度等有關(guān);KLa值的大小還與取樣的位置有關(guān),認(rèn)為在塔內(nèi)中心位置的值要比塔壁等其它地方的值要大。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制這些因素沒有進(jìn)行。第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)論綜上所述,三相床內(nèi)的體積傳質(zhì)系數(shù)KLa與塔的分布板,固相粒子的粒徑及裝量，氣、液速等許多因素有關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,還可進(jìn)一步回歸整理出包含這些參數(shù)的KLa的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式如下: 式中Ａ為系數(shù),ｘ,ｙ,ｚ為指數(shù),均由實(shí)驗(yàn)測(cè)定的數(shù)據(jù)回歸而得到,如在均勻鼓泡域可得:Ａ=0.0219,

ｘ=0.8043,ｙ=0.0091,

ｚ=3.3866等。第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相循環(huán)流化床氣液傳質(zhì)的研究傳統(tǒng)三相床主要應(yīng)用于低液速及粗、重顆粒體系。隨著新的生物化工及能源加工過程的興起，細(xì)、輕顆粒床的應(yīng)用越來越多。因此，針對(duì)細(xì)輕顆粒體系夾帶率大的特點(diǎn)，梁五更等提出了有顆粒外循環(huán)的氣液固三相循環(huán)流化床反應(yīng)器，進(jìn)而研究了在高液速、具有顆粒夾帶條件下的床層流體力學(xué)特性。結(jié)果表明，三相循環(huán)流化床作為一種新型的反應(yīng)器具有良好的潛在應(yīng)用前景．為了實(shí)現(xiàn)三相循環(huán)流化床的優(yōu)化設(shè)計(jì)及操作，需要對(duì)三相循環(huán)流化床的氣液傳質(zhì)行為及規(guī)律進(jìn)行深入系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試方法實(shí)驗(yàn)在內(nèi)徑為140mm、高為3m的有機(jī)玻璃塔中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．氣、液。固三相分別為空氣、水和粒徑為0.4mm的玻璃珠．水分兩路引人床中：主水由塔底進(jìn)入，經(jīng)管式分布器均勻分布后用于流化顆粒；二次水從塔側(cè)部引入，經(jīng)板式分布器均布后用來改變固相入口阻力，從而調(diào)節(jié)顆粒的循環(huán)量。氣、液、固三相并流向上，空氣由塔頂放空，液固混合物經(jīng)重力沉降分離后返回貯液罐循環(huán)使用，顆粒則在重力作用下在儲(chǔ)料筒內(nèi)向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)顆粒的連續(xù)循環(huán)。實(shí)驗(yàn)采用9070型溶氧儀測(cè)量床層主體區(qū)域溶氧濃度的軸向分布，采用軸向擴(kuò)散模型進(jìn)行回歸得到氣液體積傳質(zhì)系數(shù)KLa。沿床體軸向位置設(shè)置7個(gè)采樣孔，待操作穩(wěn)定后，用25ml的三角瓶同時(shí)取樣．用溶氧儀測(cè)量樣品溶氧濃度的同時(shí)，測(cè)量樣品的溫度以確定氧氣的亨利常數(shù)．在貯液罐中用氮?dú)鈱?duì)自來水進(jìn)行氣提，以降低人口水的溶氧濃度．第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1.表觀氣速Ug對(duì)KLa的影響 由右圖可見，在氣液固三相循環(huán)流化床中，表觀氣速對(duì)氣液體積傳質(zhì)系數(shù)的影響比較顯著．在一定操作液速條件下，隨著表觀氣速的增大，氣液體積傳質(zhì)系數(shù)KLa也明顯增大，且在實(shí)驗(yàn)表觀氣速范圍內(nèi)，KLa隨表觀氣速Ug的變化近似線性。Ug對(duì)KLa的影響規(guī)律可根據(jù)表觀氣速的增大將增加氣液傳質(zhì)相界面積及增強(qiáng)液相湍動(dòng)程度來解釋．第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.表觀液速UL對(duì)KLa的影響 右圖為表觀液速對(duì)KLa影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？傮w上講，增大液速有利于改善氣液相際傳質(zhì)，即KLa隨表觀液速的提高而增大。從圖中可看出，在不同Ug條件下，表觀液速對(duì)KLa的影響程度不同。Ug較小時(shí)，UL對(duì)KLa的影響較小.而隨著Ug的增大，UL對(duì)KLa的影響程度逐漸增大．由此可以得出結(jié)論，當(dāng)氣液固三相流化床在較大氣體通量條件下操作時(shí)，采用較高表觀液速的三相循環(huán)流化床，可大大改善汽液相際傳質(zhì)能力。第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.顆粒循環(huán)速率對(duì)KLa的影響 右圖所示為在一定表觀液速條件下顆粒循環(huán)速率及Ug與KLa的關(guān)系。由圖可以看到，顆粒循環(huán)速率對(duì)KLa的影響存在一個(gè)極值點(diǎn)。 根據(jù)對(duì)KLa影響規(guī)律的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，三相循環(huán)流化床可以通過調(diào)節(jié)Gs，使床層在適宜的固相含率條件下操作，以使床層具有最大的氣液傳質(zhì)能力。因此，與傳統(tǒng)三相流化床相比，三相循環(huán)流化床具有較大的操作彈性，并具有更好的氣液相際傳質(zhì)特性。第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論采用溶氧法實(shí)驗(yàn)測(cè)量了三相循環(huán)流化床的體積傳質(zhì)系數(shù)，考察了主要操作條件對(duì)氣液體積傳質(zhì)系數(shù)的影響，得出以下規(guī)律：1）KLa隨表觀氣速的增加而增大；2）KLa隨表觀液速的增加而增大；3）顆粒循環(huán)速率對(duì)KLa的影響存在一個(gè)極值點(diǎn)．4）與傳統(tǒng)三相流化床相比，三相循環(huán)流化床具有較高的氣液傳質(zhì)能力，通過選擇適宜的操作條件，可以大幅度提高床層的氣液相際傳質(zhì)速率，實(shí)現(xiàn)該類反應(yīng)器的最佳操作。第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型韓國學(xué)者YongJunCho等研究了高2.5米、直徑0.152米的流化床傳熱模型。裝置如圖：HeatTransferandHydrodynamicsinTwo-andThree-phaseInverseFluidizedBeds.YongJunCho,etc.,Ind.Eng.Chem.Res.,2002,41:2058-2063

第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型給出了傳熱系數(shù)公式：

同時(shí)給出了傳熱努謝爾特?cái)?shù)公式：

它們的傳熱系數(shù)分別為0.95、0.91、0.94。第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型我國學(xué)者陳健生等實(shí)驗(yàn)研究了廣泛應(yīng)用于石油、化工、輕工、動(dòng)力和原子能工業(yè)的沸騰換熱模型。結(jié)合漸進(jìn)模型及表面更新模型提出了氣液固三相流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)的計(jì)算方法。試驗(yàn)段為不銹鋼管，45mm*3mm，長2m。在一定的電加熱功率下，飽和鹽鹵料液在試驗(yàn)段內(nèi)沸騰形成氣液固三相流。裝置如圖：氣液固三相流動(dòng)沸騰傳熱計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究，陳健生等，化工學(xué)報(bào)，2002，534，2：139－143第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型建立模型：設(shè)任一時(shí)刻固體粒子與加熱面壁的面積分?jǐn)?shù)為，則氣液兩相流與加熱面接觸面積為1-δp，根據(jù)表面更新機(jī)理，結(jié)合Steiner和Taborek的漸進(jìn)模型，三相流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)可表示為：

其中hfs為固體粒子與壁面間的對(duì)流傳熱系數(shù)，參照J(rèn)amialahmadi等計(jì)算式：其中K為與固體粒子形狀有關(guān)的常數(shù)，球星粒子K＝0.0705，圓柱型粒子K＝0.141；（1）（2）第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型式中f為固體粒子與壁面間的碰撞頻率，參照Martin給出的氣液固流化床的計(jì)算式：式中ρf、cpf、λf分別為氣液兩相流的密度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，采用氣相和液相相應(yīng)性質(zhì)加和而得：（3）（4）第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型氣液兩相流與壁面間的對(duì)流傳熱系數(shù)hftp采用下式計(jì)算：Ftp為傳熱強(qiáng)化因子，采用Collier計(jì)算式：（5）（6）第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型Prtp為氣液兩相流的Prandtl數(shù)：Retp為氣液兩相流的Reynolds數(shù):（7）（8）第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型受固體粒子影響的流動(dòng)泡核沸騰傳熱系數(shù)：流動(dòng)泡核沸騰傳熱校正影子：壓力校正因子：（9）（10）（11）第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型熱通量子數(shù)：相對(duì)分子質(zhì)量校正因子：

蒸發(fā)管內(nèi)徑校正因子：量綱1化對(duì)比壓力：

（12）（13）（14）（15）第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型hnb受固體粒子影響的齒式泡核沸騰傳熱系數(shù)，hnb0為無粒子時(shí)傳熱系數(shù)，采用Pioro關(guān)聯(lián)式計(jì)算：液固混合物導(dǎo)熱系數(shù)：其中：（16）（17）（18）（19）第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床傳熱模型接觸面積分?jǐn)?shù)：np/Np表示總粒子數(shù)中與壁面接觸的粒子分?jǐn)?shù)：以上（1）~（21）各式聯(lián)立求解，就可得三相流動(dòng)沸騰傳熱系數(shù)。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好地吻合。（20）（21）第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論流化床理論發(fā)展于1940年代，經(jīng)過了幾十年發(fā)展，取得了一定的成果，然而還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完善。流化床傳熱模型種類繁多，但大多都是適用于兩相流，三相流的研究還不多。同時(shí)，傳熱模型都是對(duì)特定體系、特定條件下的實(shí)驗(yàn)有很好的吻合，迄今還沒有完善統(tǒng)一的理論出現(xiàn)。將來的研究應(yīng)加大對(duì)流動(dòng)床內(nèi)各種影響因素的考察，研究其相互聯(lián)系，相互影響，以對(duì)其機(jī)理幽深入、全面的理解，從而建立更加合理的模型。第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床的開發(fā)應(yīng)用氣-液-固三相流研究開始于20世紀(jì)60年代，氣-液-固三相流化床由于其具備接觸面積大、相間混合均勻、傳熱傳質(zhì)效果好和溫度易于控制等優(yōu)點(diǎn)而得到了全面的應(yīng)用，廣泛應(yīng)用于石油化工、生物化工、食品化工、礦物工程及能源工程中?？v觀氣-液-固三相流研究進(jìn)展，大體上分為3種趨勢(shì)：（1）為實(shí)際應(yīng)用開發(fā)新型的三相循環(huán)流化床； （2）對(duì)床內(nèi)的汽泡行為和粒子行為進(jìn)行基礎(chǔ)研究； （3）以計(jì)算流體力學(xué)和氣液、氣固、以及固固相間流體 力學(xué)理論為基礎(chǔ)，依靠計(jì)算機(jī)模擬來設(shè)計(jì)優(yōu)化和放 大服務(wù)。第47頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三相流化床煙氣凈化裝置及其應(yīng)用我國是產(chǎn)煤大國，也是耗煤大國，2000年煤炭產(chǎn)量達(dá)到了13億噸，其中80%用于燃燒。在大量利用煤炭熱能的同時(shí),也產(chǎn)生了嚴(yán)重的大氣污染問題，特別是中小型地方電廠、熱電廠、工業(yè)鍋爐等，盡管規(guī)模小，但數(shù)量眾多，所造成的SO2排放總量與大型燃煤電廠的排放總量相當(dāng)，不容忽視。為此，國