第10卷第1期 2010年2月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
三相流化床间歇操作中颗粒的混合与离析行为
周立“，钟宏，李超
(1.中南大学化学化工学院，湖南长沙410083；2.湖南工学院机城工程系，湖南衡阳421002)
VoL10 No.1 Feb.2010
摘要：在直径41mm、高1500mm的间歇操作三相流化床中对双组分周体颗粒的轴向浓度分布、混合和离析行为进行了实验研究，实验所用固体混合物为密度相近、直径不同的大孔吸附树脂(H-103)与橡股球。采用多个自叶窗式金属网及床层膨胀法测量颗粒固含率及流化床气含率沿床层轴向的变化情况，借用描述减-固两相流化床的沉降一分散模型描述气-液-固三相流化床，并采用了Fa等的离析速度与床层高呈线性关系的假定，实验结果证明，沉降一分散模
型可以用来描述气一液-固三相流化床中的固体浓度分布，Fan等的假设是成立的关键词：三相流化床：间操作；二元组分；混合与高析：沉降-分散模型
中图分类号：TQ021 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)01-0051-05
散模型来定量描述固体颗粒的轴向浓度分布，随后许多
气液固多相流化床反应器由于具有良好的传质、传热、相间充分接触与高效的可连续操作等特性，在物理、化学、能源、环境、医药、材料等诸多领域及工业生产中已得到广泛应用]，不同体系的多相流化床，床内固体颗粒的行为将直接影响其停留时间分布及流体动力学，从而决定了反应过程的转化程度、产品的选择性及纯度.因此，充分研究固体颗粒的混合和离析行为对多相流化床反应器的操作和设计具有十分重要的意义
本课题组在开发含酚氰废水处理新工艺的过程中，
尝试在反应器内加粗大颗粒，试图通过大颗粒在反应器内上下循环浮动来加速反应物的混合以提高反应物的混合速率，增大其对气泡的剪切作用，使进入反应器内的气泡尺寸进一步细化，大大提高气固、液固的传质效率.虽然外加颗粒与吸附剂颗粒密度相近，但由于粒径有较大差异，因此能否简单地沿用已有的描述等密度粒径相近的二元组分固相混合物的沉降-扩散模型(2-5)来预测这一特殊的三相流化床中的固体浓度分布，目前仍然缺乏实验数据的有力支持，为此，本工作以含酚鼠废水处理三相流化床新工艺为背景，以真实物料大孔树脂和橡胶球为研究对象，着重考察气速、固含率对粒径不同而密度相近的两种固体颗粒在流化床中轴向浓度分布的影响及其混合和离析行为，并寻求合适的数学模型来描述它们在三相流化床中的轴向浓度分布，为后续进一步研究三相流化床吸附分离连续操作新工艺提供基本数据
2一维沉降-扩散模型
Coval-]和Suganuma等国几乎同时提出了用沉降-分收稿日期：20090824，修回日期：20091123
基金项目：湖南省自然科学基金资助项目(编号：05J40018)
研究者对该模型作了修正，主要集中在模型参数的表达和边界条件的确定.该模型有如下假定：(1)固相与液相均为连续相：(2)忽略固含率的径向浓度分布，只考患轴向浓度分布.
在含有2种密度相近、粒径不同的固体颗粒浓度分布实验中，发现三相流化床存在3个明显不同的流化区： A区(流化床顶部)大小颗粒浓度基本恒定，但小颗粒浓度高、大颗粒浓度低：B区(流化床底部)大小颗粒浓度基本恒定，但大颗粒浓度高、小颗粒浓度低；C区(A,B 之间)大小颗粒浓度均有变化.在稳态操作时C区模型方程可由连续性方程()或质量平衡微分方程[5)导出(图1 为微分质量衡算示意图)，其基本形式为
dc, E&z
2C,=0 (=1, 2),
(1)
其中，C=W/paAhA.iz可表示为与终端沉降速度有关的表达式[]
=U,/(16, 6,)M[(16, 6, (1g,)F-1,
5a-
2U-lzu/l22
+
Z+2
1:0:
- 2]
Us.
图1沉降-分散模型的质量衡算微分模型示意图 Fig.1 Schematic diagram of differential mass balance
for sedimentation dispersion model
作者简介：周立(1967-)，男，潮南省衡阳市人，博士研究生，副教授，研究方向：环境化工，Tel:0734-3452022,E-mail:zhouli950810@163.com 万方数据
(2)