CFD模拟在浆态床反应器设计中的应用（二）

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3 浆态床反应器内气体分布器的优化

浆态床气体分布器的形式主要有多孔板、金属烧结板、喷嘴分布器和管式分布器等多种类型。气体分布器形式对反应器流体力学性能影响较大。分布器形式不同，气泡的初始尺寸和初始速度也会不同，从而直接影响到反应器内的气含率、循环液速和质量传递效率等问题。因此，有必要对浆态床反应器内气体分布器进行优化。通过长期研究发现，开孔向下的双环管式气体分布器对浆态床反应器内气体的分布效果较好，下面主要针对这种类型的分布器对其开孔率和孔径进行优化。

固含率为20%，表观气速为0.144m/s，气体分布器孔径为2mm的条件下，开孔率分别为0.18%、0.20%和0.24%时，距分布器上方0.619m处的径向截面的气体、液体流速和气含率的分布如图5所示。相同条件下，气体分布器开孔率为0.20%，孔径分别为2mm、3mm和4mm时，距分布器上方0.619m处的径向截面的气体、液体流速和气含率的分布如图6所示。

图5 不同开孔率条件下的气体、液体流速和气含率的分布

图6 不同孔径条件下的气体、液体流速和气含率的分布

从图5中可以看出，分布器开孔率为0.20%时，气体、浆液流速和气含率的分布较均匀。通过计算，距分布器上方0.619m处径向截面的气相流速、液相流速和气含率的样本估计方差，如表1所示。

表1 径向截面上流体力学参数的样本估计方差

从表1中可以看出，三种开孔率下，气含率的样本估计方差差别不大；当开孔率为0.20%时，距分布器上方0.619m处径向截面的气相流速、液相流速的样本估计方差最小。综合考虑，认为当开孔率为0.20%时，这些参数的径向分布最均匀。另外，通过计算得到开孔率为0.20%时，气体分布器压降与其他两种开孔率的差别不大，但是总体平均气含率最高。因此，开孔率为0.20%是较优的。

从图6中可以看出，分布器孔径越大，气体、浆液流速和气含率的分布越不均匀。通过计算，距分布器上方0.619m处径向截面的气相流速、液相流速和气含率的样本估计方差，如表2所示。

表2 径向截面上流体力学参数的样本估计方差

从表2中可以看出，当孔径为2mm时，距分布器上方0.619m处径向截面的气相流速和气含率的样本估计方差最小，说明此条件下这些参数的径向分布最均匀。另外，当孔径为2mm时，压降与其他两种孔径差别不大，但是总体平均气含率最高。因此，认为孔径为2mm时，浆态床反应器内流动性能较好。

综上，开孔率为 0.20%和孔径为2mm的气体分布器是较优的。

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这个分步骤的分析还是很复杂的,这样的分析对于易用性来说,可能比较有挑战,需要丰富的经验