1976 Vol. 24 Number 11

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Study of the Reaction and Hydrodynamic Characteristics of Gas-Solid Cocurrent Downflow Circulating Fluidized Beds

气固并流下行循环流化床作为一种新型反应器，由于其气固接触效率高、气固轴向返混小以及接触时间短，近来受到学术界和工业界的广泛关注，被誉为“二 十一世纪取代提升管的一种高效、新型反应器”。反应器设计由流体动力学行为、传质、传热及反应机理等因素决定。前人对下行床的流动特性进行了系统的研究，但传质和化学反应方面的报道（特别是关于反应特性方面的基础研究）很少。本文针对实验室规模的下行床反应器（总高度15 米，下行段有效高度8.50 米，内径90 毫米），首次以臭氧分解这一简单化学反应作为模型反应，并结合考察相应流体力学行为，研究了设备的反应特性。 在多尺度思想框架下对反应过程进行定量考察。为下行床的运行、设计、放大和工业化提供理论与实验依据。 本文主要包括流体力学试验、臭氧催化分解试验和反应物扩散行为计算三部分内容。其中下行床内臭氧分解试验是全文核心，而流动结构研究则为观察到的， 与反应有关的实验现象提供相应的力学解释。 各部分主要内容和结果为： 1）考察了下行床流体力学特性，与前人不同之处在于并非针对流动结构进行专项系统考察，而是与床内进行的化学反应紧密结合，互为对照。试验发现， 在操作气速和颗粒流率取值较低时下行床仍然保持着均匀的流动结构，在较高气速和颗粒流率实验下观察到的有关流动的大多现象在当前条件下仍较明显，但也有一些与已有报道不同的现象，如： 低颗粒流率下径向颗粒浓度分布产生了一定变化，径向方向上的“稀相核/浓相环/稀相环”典型结构此时不再明显存在甚至消失。 床内轴向压力分布在低气速下呈线性升高，没有体现出第一加速段的存在。 低颗粒流率和低表观气速条件下，下行床内的气固滑移速度随操作气速的升高而升高（这一结论与部分高颗粒流率和气速下的结果不同）。 本文结合现有理论对以上现象给出了合理解释。此外还考察了低颗粒流率时床内的颗粒团聚现象。通过对颗粒浓度瞬时信号进行频域和时域分析发现即使在 低浓度下行床内，颗粒团聚仍明显存在，且团聚物较提升管更加不稳定。 2) 研究了下行床中臭氧催化分解的过程和特点。测定了常温常压下的臭氧分解反应速率常数，并发现在下行床内臭氧催化分解为动力学控制过程,且床内臭氧浓度分布明显比提升管内均匀。 恒速段臭氧浓度径向分布主要决定于相应的催化剂颗粒浓度分布：臭氧浓度在中心区分布均匀，近壁区有明显下降；加速段臭氧浓度径向分布随颗粒流率提 高，逐渐呈现出中心低，边壁高的趋势。 臭氧浓度轴向分布在边壁处轴线上呈明显上浓下稀,而沿中心区轴线上的浓度变化不大。随着颗粒运动由加速段过渡到恒速段，下行床边壁区臭氧分解程度 沿轴向逐渐加深。整体来看加速段对总转化率的贡献很大。经对比发现，臭氧浓度轴向分布与提升管亦有所差异。 改变颗粒流率或操作气速都会对床内的臭氧分解产生影响。对于动力学控制 过程，且在床内颗粒聚团不能稳定存在的前提下，只要操作条件的变化有利于颗粒浓度的提高，下行床内臭氧分解率就总体呈升高趋势；试验表明操作气速对转 化率的影响比颗粒流率更加复杂。此外，虽然就整体而言反应受动力学控制，但在边壁浓相区范围内，微观流动结构带来的传质方面的作用对转化率也有一定的 影响，但其程度并不深。 本文还综合对比了下行床内的传质、传热、流动和反应有关参数的空间分布， 认为下行床中传递现象的有关参数分布具有较强的相似性。 3） 定量讨论了单个催化剂颗粒表面的臭氧分解，并在此基础上建立二维非均相模型用于回归计算全床的气体径向扩散系数并拟合臭氧浓度场：计算发现气 体径向扩散系数随操作气速的提高而明显变大，但受颗粒流率的影响不大；计算结果对气体的轴向扩散系数不敏感；通过与拟均相模型计算结果进行对比可推断物理模型中引入不均匀流动结构会影响下行床内气相反应物扩散的计算结果，使扩散系数计算值变小。理论分析同时指出上述模型需选择较合适的颗粒浓度分布表达式方可较为简便地进行解析求解。 回归预测了加速段内臭氧分解。虽然具有一定的局限性，但因具体计算过程采用关于操作条件的多项式回归，这种方法可以得到较为简洁而灵活的结果。 全文最后对下一步工作从反应器尺度、反应器主体段设计和多种模型反应选择等角度提出了一些建议

超声波空化作用时间对水煤浆流变特性影响的研究

介绍了超声波空化作用机理,研究了超声波不同空化作用时间对水煤浆流变特性的影响,随着空化作用时间的增加,水煤浆表观粘度升高,粒度变细,温度升高,而最终结果是多种因素影响后而体现出的综合结果

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煤炭低温预氧化降粘实验研究及机理分析

采用低温预氧化方法在固定床内对平顶山地区强粘结煤进行了降粘实验.结果表明,该煤种粘结性随氧化时间延长而降低,氧化8 h、终温200℃的样品降粘效果最好,原煤的粘结指数由81下降到3.49.氧化终温对煤粘结性影响复杂,随氧化时间延长,降粘的最佳温度也随之改变.13C固体核磁共振对煤样的表征发现预氧化后煤大分子结构中的芳香环趋于稳定,脂肪支链变短,含氧官能团增多.对接氧脂碳falO、接氧芳碳faP、羰基碳faC、脂肪烃碳falC-H含量与粘结指数GR.I.进行线性拟合,拟合方程分别为falO=-0.012GR.I.+5.53,faP=-0.013GR.I.+7.03,faC=-0.014GR.I....</p

确定气固快速分离器气体停留时间的新方法

根据O3分解反应为一级反应的特点,提出了利用O3分解反应动力学方程获取气固快速分离器气体平均停留时间的方法.结果表明,该方法操作简单方便,能够测出气固分离器的气体停留时间

活性炭对低浓度萘的吸附性能

以萘为模型化合物,采用固定床反应器研究了不同温度和表观气速下GH-8活性炭对萘的吸附行为,以Yoon-Nelson模型对实验数据进行拟合,得到模型参数kYN=0.20 h-1,kYN&tau;=51.404-0.166T+0.292/u.采用传质区模型预测了萘在活性炭床层上的传质区长度及其移动速度,实验值和预测值的最大相对偏差小于10%

煤焦直接还原脱除烟道气氮氧化物

选用3种不同煤焦，采用程序升温和恒温实验方法，在固定床上考察了不同实验条件下的NO转化率和C对NO选择性，分析了煤焦脱硝的机理和影响因素。实验结果表明：NO和O2在煤焦表面发生化学吸附所形成的络合物在脱硝过程中起着关键作用，影响C-NO反应和C-O2反应的竞争与协作关系。在所考察的煤焦中锡林浩特褐煤焦脱硝效果最好，当温度为723 K时烟道气中NO还原率可达99%；在温度623～923 K、O2浓度0～5%范围内，提高温度和O2浓度均有利于提高NO转化率，而降低O2浓度有利于提高C对NO选择性；烟道气中NO浓度越高，其转化率越低，但C对NO选择性越高

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