全国化工催化加氢 程振民

1、多尺度气泡结构与气液固 三相反应器放大模拟 程振民程振民2013-7-202013-7-20浙江浙江. . 杭州杭州第九届全国化工催化加氢技术交流大会2022-5-192一一. . 气液固三相反应器气液固三相反应器2022-5-193费托合成反应第一种类型：浆态床第一种类型：浆态床2022-5-194H-Oil LC-Fining沸腾床渣油加氢反应器第九届全国化工催化加氢技术交流大会第二种类型：流化床第二种类型：流化床2022-5-195二二. 多尺度气泡结构分析多尺度气泡结构分析第九届全国化工催化加氢技术交流大会2022-5-196第九届全国化工催化加氢技术交流大会2022-5-197准三维

2、流动结构与气含率分布图准三维流动结构与气含率分布图将电导探针放置于气液两相流中，同一测量通道的两支电导探针Pa、Pb沿气泡运动方向排列，探针施加信号激励源产生的交流电压信号，气泡向上运动时，Pa、Pb探针先后穿刺同一气泡，探针尖端位置电导值相应发生变化，经检波、放大、电平调整、转换等电路并由计算机采集纪录2022-5-198气泡尺寸分布测量气泡尺寸分布测量 2022-5-199液体中的气泡运动模拟2022-5-1910不同尺寸气泡的运动特点不同尺寸气泡的运动特点判断不同形状气泡：判断不同形状气泡：Shape regimes for bubble rising in a column of li

3、quid2022-5-19115 mm5 mm气泡串无加速现象气泡串无加速现象2022-5-1912大气泡尾涡产生加速作用大气泡尾涡产生加速作用47 mm47 mm平行平行47 mm47 mm前后前后50 mm50 mm与与47mm47mm平行平行2022-5-1913加速运动过程时间测量加速运动过程时间测量2022-5-19142022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会15R. Krishna, 2000多级尺度气泡结构处理方法多级尺度气泡结构处理方法2022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会16两级气泡模型Two-bubble class modelDavies and

4、 Taylor ( )0.125, (要考虑Scale correction factor）气泡动力学描述方法：气泡动力学描述方法： - - 球形气泡运动速度球形气泡运动速度2022-5-19172022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会18AMOUNTPRESSURE(1) (1) 气泡大小气泡大小(A) (A) 压力的影响压力的影响2022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会19AMOUNTSlurry concentration(B) (B) 固体含量影响固体含量影响（）小气泡性质（）小气泡性质气含率：气含率：es=362022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大

5、会20(R. Krishna, 2000)(R. Krishna, 2000)2022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会21上升速度：（）大气泡性质（）大气泡性质2022-5-1922大气泡尺寸与大气泡尺寸与( )( )的关系的关系transUU2022-5-1923过渡区流速确定方法：过渡区流速确定方法：2022-5-1924大气泡上升速度计算方法：大气泡上升速度计算方法：2022-5-1925（）（）总气含率：总气含率：大气泡小气泡2022-5-1926固含量对大气泡气含率无影响！固含量对大气泡气含率无影响！es = 36%Holdup of large bubblesTotal

6、 gas holdup2022-5-1927第九届全国化工催化加氢技术交流大会2022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会28Circulation cellsCirculation cells三三. . 液相流动结构分析液相流动结构分析Typical path of a neutrally buoyant particle moving through the two-phase gas-liquid flow in bubble columns.Chaotic flow Chaotic flow in bubble in bubble column column reactorsr

7、eactors2022-5-19292022-5-1930沿流动方向的分析：沿流动方向的分析： 液体轴向速度分布液体轴向速度分布 鼓泡塔内轴向液速的实验测量鼓泡塔内轴向液速的实验测量2022-5-19312022-5-1932特征速度：中心线流速特征速度：中心线流速2022-5-1933轴向扩散系数与中心线流速间的关系：轴向扩散系数与中心线流速间的关系：2022-5-19342022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会352022-5-1935四四. . 催化剂颗粒的非均匀分布催化剂颗粒的非均匀分布Paul Murray and Liang-Shih Fan. Axial Solid

8、Distribution in Slurry Bubble Column. Ind. Eng. Chem. Res. 1989, 28, 1697-1703Department of Chemical Engineering, The Ohio State University, Columbus, Ohio 432102022-5-19362022-5-1937平均液含率阻尼沉降速度入口处固含率，无因次2022-5-1938固相在轴向的弥散系数颗粒终端速度2022-5-19CHENG,ISAHOF 2013391Mt 1Mt 年加氢反应器设计方案年加氢反应器设计方案五五. . 百万吨级加氢反

9、应器设计百万吨级加氢反应器设计2022-5-1940数学模型数学模型: (1): (1)两级气泡；两级气泡； (2)(2)轴向返混轴向返混; (3); (3)催化剂不均匀分布催化剂不均匀分布氢氢气气五五种种成成份份(1)(1) 气速对催化剂分布的影响气速对催化剂分布的影响2022-5-1941CHENG,ISAHOF 2013(2) (2) 液相与固相的弥散系数随气速的变化液相与固相的弥散系数随气速的变化liquidliquidsolidsolid2022-5-1942CHENG,ISAHOF 2013(3) (3) 大气泡直径随气速的变化大气泡直径随气速的变化2022-5-1943CHENG

10、,ISAHOF 2013(4) (4) 总气含率随气速的变化总气含率随气速的变化2022-5-1944CHENG,ISAHOF 2013(5) (5) 催化剂沉降速度与气速的关系催化剂沉降速度与气速的关系2022-5-1945CHENG,ISAHOF 2013（6 6）H H2 2 浓度沿反应器的变化浓度沿反应器的变化2022-5-1946CHENG,ISAHOF 2013(6) S(6) S转化率沿反应器的变化转化率沿反应器的变化2022-5-1947CHENG,ISAHOF 2013(7) N(7) N转化率沿反应器的变化转化率沿反应器的变化2022-5-1948CHENG,ISAHOF

11、2013(8) CCR(8) CCR转化率沿反应器的变化转化率沿反应器的变化2022-5-1949CHENG,ISAHOF 20132022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会50放大效应分析放大效应分析(1) (1) 反应结果：反应结果： ReactorReactory yH2,lH2,lx xS Sx xN Nx xCCRCCRx xNiNix xV V0.36m0.36m2m2m 0.56-0.910.56-0.910.690.690.240.240.460.460.620.620.670.673.0m3.0m36m36m 0.93-0.990.93-0.990.750.750.

12、370.370.580.580.710.710.740.744.5m4.5m16m16m 0.92-0.980.92-0.980.740.740.370.370.570.570.700.700.730.732022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会51 ReactorReactor / cm / cm /% /% / /m m2 2.s.s-1-1 /m.s/m.s-1-10.36m0.36m2m2m0.740.741.061.060.0014 0.0014 1.391.390.0253 0.0253 3.0m3.0m36m36m1.84 1.84 7.13 7.13 1.06 1.

13、060.1510.1510.1700.1704.5m4.5m16m16m1.36 1.36 3.82 3.82 1.401.40 0.022 0.0220.09110.0911(2) (2) 反应器模型参数：反应器模型参数：lbdbeea,LDeLPlk a2022-5-19第九届全国化工催化加氢技术交流大会52六六. 结论结论1.1. 对浆态床反应器不需要考虑催化剂分布，但对粒径较对浆态床反应器不需要考虑催化剂分布，但对粒径较大的流化床和沸腾床反应器则是必须的；大的流化床和沸腾床反应器则是必须的；. .2.2. 在催化剂分布必须考虑的情况下在催化剂分布必须考虑的情况下, , 应采用轴向扩散模应采用轴向扩散模