液体混合模拟控制论文参考文献

断层和粒子追踪研究，在液固冒口 Shantanu Roy, 而Shantanu罗伊 Jinwen Chen, 金文陈， Sailesh B. Kumar, sailesh乙库马尔 MH Al-Dahhan,* and 晚上基地dahhan ， * MP Dudukovi 国会议员dudukovi Chemical Reaction Engineering Laboratory (CREL), Department of Chemical Engineering, Washington University, St. Louis, Missouri 63130 化学反应工程实验室（ crel ） ，系化学工程，华盛顿大学，圣路易斯，密苏里州63130 Received for review April 21, 1997 收到复核1997年4月21日 Revised manuscript received August 1, 1997 修订稿收到1997年8月1日 Accepted August 9, 1997 接受1997年8月9日 Abstract: 摘要： A liquid-solid circulating fluidized bed is a potential reactor of interest in a variety of industrial processes, such as petroleum refining, and in the synthesis of fine chemicals, petrochemicals, and foodstuffs.液-固循环流化床是一个潜在的反应堆感兴趣的，在多种工业生产过程，如石油精炼，并在精细化学品合成，石化，食品。 Rapid deactivation of the solid catalyst in these processes necessitates regeneration and recirculation of the solids into the riser section in which the principal reaction is accomplished.快速失活的固体催化剂，在这些进程中，需要再生和再循环的固体进入冒口条，其中主要的反应是完成了。 In this study we show that computer-automated radioactive particle tracking (CARPT) can be used to obtain solids velocity patterns in the riser and that backflow of solids exists at the tested liquid velocities.在这项研究中，我们证明了计算机自动化放射性粒子追踪（ carpt ） ，可以用来获取的固体速度模式，在提升管和回流的固体物质存在于测试液速度等。 -ray computed tomography (CT) reveals slightly higher solids concentrations in the center of the column.线计算机断层扫描（ CT ）揭示略高固体浓度为中心的栏目。 This is in contrast to gas-solid riser reactors in which the concentration of solids is higher at the walls.这是对比的气固提升管反应器中的浓度固体较高，墙壁。

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断层和粒子追踪研究，在液固冒口而shantanu罗伊，金文，陈乙山库马尔，晚上基地dahhan ， * 杂项dudukovic ' 化学反应工程实验室（ crel ）部，化工，华盛顿大学，圣路易，密苏里州63130 液-固循环流化床是一个潜在的反应堆感兴趣的，在多种工业进程，如石油精炼，并在合成精细化学品，石油化工， 和食品。快速失活的固体催化剂，在这些进程中，需要再生和再循环的固体进入冒口条，其中主要反应完成。在这项研究中，我们证明了计算机自动化放射性粒子追踪（ carpt ） ，可以用来获取的固体速度模式，在提升管和回流的固体存在于测试液速度等。 ç线计算机断层扫描（ ct ）的揭示略高固体浓度为中心的栏目。这是对比的气固提升管反应器其中浓度的固体较高，在墙壁。 导言液-固循环流化床正迅速日益普及，作为反应堆的选择，在多种工业生产过程一样，精细化学品合成与石化和炼油（亮等人， 1995年） 。这一进程要求调动使用这种反应堆存在一个液相反应物，这是典型的碳氢下高压力和低温（托马斯， 1970 ） ，和一个固相催化剂，其中获得停用迅速（ corma和马丁内斯， 1993年） 。主要是反应在一个垂直立塔高升/ d值（其中固体流态化，并经液相） 。再生失活催化剂是在一个单独的进程，这是耦合向主要反应在冒口分发固体连续在一个封闭的环路。 设计和scaleup这种连续流气液固系统都需要有知识的流格局的每一个阶段和第二阶段持分布。目标，这方面的工作，就是要研究实验速度和持分布固体第一阶段在冒口的一个实验室规模的冷态流模型的循环液-固体系。 试验段了一份该实验室规模的液固循环流化床格局如图1所示。该冒口节是一个15厘米（ 6英寸）直径的有机玻璃柱，高度约210厘米（ 7英尺） 。玻璃珠（直径2.5毫米）的流化床与普通自来水水在冒口节，并已分发到系统通过漏斗和eductor 。固体质量流量在冒口保持控制液体流量通过eductor （即辐射校正固体流量作为一个函数的动机水流速） 。总体预期固体/液体流动比率得到供应，其余液体通过经销商板在底层的一栏。 1 恒高流量和水头，在栏并在eductor进气道是由流通通过泵和储罐，在一个封闭的环路。 实验结果用carpt （计算机- 自动化放射性粒子跟踪）和ct （电脑断层扫描）设施发达，在化学反应工程实验室，华盛顿大学， 圣路易斯，钼（ devanathan ， 1991年;库马尔1994年） 。它可能会注意到，该系统在研究中，是非常稠密和动荡，只有无创flowmonitoring 方法一样， carpt和ct有能力准确地测量固体速度和浓度。 目前设置的目的是使该冒口科可安装供研究中的carpt -电脑断层平台。 之前的研究固相流体力学停留时间分布测量数据进行在液相中。导电性液体一个阶段是监控战略地点后，脉搏注射氯化钾溶液。这项研究的结果分别为报，在其他地方（罗伊等人， 1996年） 。结果发现： 液相流动实际上在塞流， 小色散效应。因次方差的*作者向谁所有函件应予以处理。液体示踪剂电子商务曲线总是位于低于0.1 。 图1 。图式的液固冒口格局。 4666位于印第安纳州英语。化学。第。 1997年， 36岁， 4666年至4669年s0888 - 5885 （ 97 ） 00292-3矮壮素： $ 14.00 © 1997年美国化学学会为carpt研究（ devanathan ， 1991年;杨等人， 1992年） ，示踪粒子是由引进放射性资深大律师- 46颗粒（强度350 íci和半衰期83个工作日）在一个空心铝球，其大小和密度均符合玻璃粒子被流态化。经过一个复杂的校准程序用在carpt法（杨等， 1992 ） ， 颗粒被放置在周围200-300已知地点在试验段和标定地图，获得了为远程强度的辐射关系每个探测器。当校准完成， 理想的液体表面的速度和定保持和粒子被允许自由流动在流场，模拟议案的一个典型玻璃粒子。位置示踪粒子记录随着时间的函数，其形式光子计数，由该探测器等，在相当长的一段时间内（ 8小时） 。意思和脉动分量，湍流参数， 和动能的固体颗粒，可随后计算过滤和处理原始数据（ devanathan ， 1991年; larachi等人， 1997年） 。这是第一次使用carpt已成功地证明了在一个制度下，示踪剂粒子定期休假，并重新进入第正在接受审问，由探测器。 电脑断层扫描仪在crel ，华盛顿大学，圣路易，钼，用扇束几何测量衰减ç辐射作用，因为它经过给定的对象，在这种情况下，提升管科。原料衰减测量，然后利用重建横截面时均持分布该阶段进行。源头是一个包裹100 mci的政务司司长- 137同位素，以及一个角阵11乃探测器（最大值） ，是用于衰减测量。该估计最大化算法，基于最大似然原则（兰格和卡森， 1984 ） ， 用于图像重建，从投影测量。详细的软件和硬件方面的crel扫描器讨论由库马尔等。 （ 1995年）和库马尔和dudukovic ' （ 1997年） 。 在本研究中，试验段（液固冒口） ，扫描四项战略轴向位置沿专栏。 结果与讨论实验表演，在一系列的液体表面流速，从12至23厘米/美国在这项研究中， 典型所取得的成果运行系统在液体表面流速20厘米/秒。所有实验结果与玻璃颗粒2.5 毫米直径，以eductor水流量为25加仑/ 闵。一个水流量为33加仑/分钟，维持在底层的冒口，以维持整体的液体表面流速20厘米/秒，在一栏。 图2是一个阴谋方位的平均值和timeaveraged 径向固含（固体浓度） 分布，测量4个轴向位置，在一个流动性表面流速20厘米/秒。它指出， 规模的固含不相同十分显着（最大变化是4 ％ ）与增加径向位置，但跌幅轻微轴向位置（最高4 ％ ） 。该固含，在任何特定的轴向位置，是稍高在该中心的专栏作为比较，在墙上。这是一个很有意思的结果， 这是广为报道，在气-固立了相反的趋势是观察（罗德和geldart ， 1989年; 罗德， 1990 ） 。径向梯度在固含分布也少得多。 图3显示固体速度场作为评价从carpt实验。数字，第3 a是一个速度向量图，它清楚地表明，在一定时间的平均值从某种意义上说，固相有一个循环：固形物升序在该中心的一栏，并降在墙上。图3b及第显示同一事实定量无论在时间平均轴组件固体速度，在四个地点中的专栏。可以注意到，而下行速度固形物在墙面的小程度作为比较，以向流速度，其总质量固体下行仍是值得称道（ 9.6 ％ ，在此情况下） 图2 。固含（浓度）分布在不同轴向位置（液体表面流速） ， 20厘米/秒） 。 图3 。固体速度场在液体表面流速20厘米/秒： （一）速度矢量情节; （ b ）轴平均流速剖面。 位于印第安纳州英语。化学。第卷。 36 ，第11号，一九九七四六六七由于较高的截面积，流量更大径向位置。 评论对固含剖面上水平33厘米的栏，是在命令。这个水平，仅略高于分销商和eductor在栏（图1 ） ，是的一个组成部分混合区，并明显地显示出了异常持低姿态比78厘米水平。这是还证实，由carpt结果：图3 a条明确显示固形物速度矢量是随机指示在这一水平上，而更高了，在一栏明确循环可以被认出。因此，流量33 厘米一栏仍是发展中国家，立意显然越轨行为时相比，要休息该栏目。 用一种新颖的方式，固体停留时间分布（热电阻） ，在提升管科计算间接由carpt数据。由于示踪剂粒子被认为是一个典型的分散相实体其中获得多次分发到冒口节中，分配的时候，所花的，它在冒口节期间，它的每一个访问，是衡量其发展权。 这些"停留时间" ，在接连访问是策划作为一个直方图如图4 。招来遍历假设，这给发展权的固相。 最后，在图5中，轴向平均每场平均轴向速度固形物是作为一个函数的液体表面流速。做实验，在不同的情况表明，总体增加幅度中线以及墙（下行）速度。这是的，当然，可以预料的，因为较高的势头该液相会传授更多的动力固相通过相间阻力，从而导致较高的平均流速的固体。纯粹基于这些实验结果似乎显示了固相速度达到某种" saturationprofile " 随着越来越多的液体表面流速。然而， 严格核查这种结果还有待未来实验。 结束语设计实践流化床和上升器即使在今天在于对传统的"规则- -拇指" 。实际现象，在这种系统要复杂得多比抓获启发式方法，用来作为根据设计方程。因此，用户和设计师的液固立管应最终利润从改善基本的了解，加深对流体力学在这类系统。本研究有意作为第一步，在实验量化对相同的。 在crel ，工作正在进展中，在学习冒口体制下的各种操作条件和使用频谱的粒子的大小。调查的瞬态现象，在这些系统，还计划在未来。进一步处理的数据将被做为了计算动能，湍流剪讲，湍流扩散系数在固相。总体目标本研究工作制定一个了解的关键变数影响表现液固冒口制定更从根本上为基础的大规模行动规则。该实验数据的预期也将作为基准为计算流体动力学模拟研究液固冒口流。 确认作者感谢工业赞助的化学反应工程实验室（ crel ） 在圣路易斯的华盛顿大学，为支持本工程。 命名ul ）的液体表面流速，公分z ）的水平在提升，公分文献corma ，甲;内斯答：化学，催化剂及工艺异构烷烃-烯烃烷基化：实际状况和未来趋势。催化剂。牧师-工商局局长。英语。 1993年， 35 ， 483 。 devanathan号调查的液体流体力学中的泡沫栏目通过计算机自动放射性粒子追踪（ carpt ） 。 d.sc.论文，华盛顿大学，圣路易斯， 莫， 1991 。 库马尔，锑电脑断层测量无效分数与建模流泡沫栏目。博士论文，佛罗里达大西洋大学，博卡顿，外语， 1994 。 库马尔，锑; 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断层摄影术的和在一个液体-固体起床者中的粒子追踪研究Shantanu Roy, Jinwen 陈， Sailesh B. Kumar ， M. H. Al-Dahhan,* 和M. P. Dudukovic ′化学的反应工程实验室 (CREL) ，化学工程部, 华盛顿大学，圣路易斯, 密苏里 63130一种液体-固体流通液化床是对潜在反应者的兴趣的多种工业的像精炼的石油这样的程序, 和在好化学药品的综合中, 石化的,而且食品。 这些程序的坚硬催化剂的迅速惰性化使再生和固体的再循环进入起床者区段之内在哪一个主要的反应是完成的。 在这一项研究，我们表示计算机-自动化放射性的粒子追踪(CARPT) 能用来在起床者和固体的那 backflow 中获得固体速度式样在被测试的液体速度存在。 ?-光线计算断层摄影术 (CT) 些微地更高显示专栏的中心的固体集中。 这是与瓦斯-固体的起床者反应者相反在哪固体的集中在墙壁比较高。介绍液体-固体流通液化床快速地得到如选择的反应者的名声在多种工业的程序喜欢好化学药品的综合而且石化的和在精炼的石油 (两 etal。,1995)。 给与动机的程序需求那如此反应者的使用是液体的出现-状态反应物, 典型地是在高度下面的碳化氢压力和低的温度 (汤姆斯,1970), 和一固体-状态催化剂, 快速地拿解除动员(Corma 和 Martinez,1993). 主要的反应是完成的在高 L/D 比的垂直起床者专栏中(在哪一个固体被液化而且传送被液体逐步运行). 再生那解除动员催化剂在一个分开的程序被做, 被加倍对在起床者中的主要反应藉由流通那不断地在一个关闭环的固体。设计和 scaleup 如此的连续-流程液体-固体系统需要流程的知识每时期和状态劫盗的式样分配。 这一个工作的目标将实验式地学习速度和固体的劫盗分配逐步实施实验室-刻度寒冷的流程模型的起床者循环液体-固体的系统。实验的区段一概要的实验室-刻度液体-固体循环液化-床装备在图 1 被显示. 那起床者区段是 15 cm(6 在.) 直径普列克斯玻璃专栏, 藉由大约 210 cm 的高度 (7 ft.)。 玻璃珠子 (直径 2.5 毫米) 与平常的轻打一起液化在起床者区段中的水和流通返回那经过漏斗和喷射器的系统。 固体在起床者的块流出被藉由控制维护那液体流程评估过喷射器 (是 precalibrated因为固体流动如一个运动水的功能比率流动比率). 全部的被需要的固体/液体流动比被藉由穿越供应剩余的液体获得经销商在专栏的底部镀金。 一常数高度在专栏中流动比率和水的头而且在喷射器插入物被藉由流通它维护经过一个泵和储藏箱, 在一个关闭环中。实验被运行使用 CARPT(计算机-自动化放射性的粒子追踪了) 和 CT(计算机断层摄影术) 设备在化学物质发展了反应工程实验室，华盛顿大学,圣路易斯, MO(Devanathan,1991; Kumar,1994)。 它可能被注意系统在研究之下是非常密集的和狂暴的, 和唯一的非侵入的 flowmonitoring方法喜欢 CARPT 和 CT 能够正确地测量固体速度和集中。现在的装备被设计以便起床者区段可能在 CARPT-CT 被为研究安装月台。在固体-状态流体力学的研究之前,住宅时间分配测量被引导在液体的状态中。 液体的导电率状态在脉膊之后在策略的位置被检测KCl 解决的注入。 这一项研究的结果是报告其他地方 (Roy 以及其他人。,1996)。 一般发现液体的状态实际地在塞子流程流动, 由于小的散布产生。 无尺寸不一致那* 着作到谁所有的通信应该被演说。 液体追踪者电子曲线总是被跳跃在 0.1下面.图 1. 概要的液体-固体起床者装备。4666 Ind。 Eng。 Chem。 关于。 1997,36,4666-4669S0888-5885(97)00292-3 CCC: $14.00? 1997 美国的化学社会对于 CARPT 研究 (Devanathan,1991; 杨以及其他人。,1992), 追踪者粒子被藉由介绍准备一放射性的 Sc-46 粒子 (力量 350 í Ci 和 halflife83 天) 在空的铝球体大小而且密度与玻璃粒子一起相配在液化。 透过一个精细的口径测定程序在 CARPT 方法中用了 (杨以及其他人。,1992), 那粒子被放在大约 200-300个已知的位置之内在测试区段和一张口径测定地图中被获得对于距离-放射线关系的强烈对于每个发现者。 一经口径测定是完全的,被需要的液体表面的速度是组和维护, 和粒子被允许自由地移动在流程领域中, 模拟典型玻璃的运动粒子。 追踪者粒子的位置被记录如一个时间的功能, 以光子的形式计数从发现者, 在长时期内. 低劣的而且变动速度成份，喧嚣叁数,而且坚硬粒子的动能可能是后来藉着过滤计算而且处理那生的肉数据 (Devanathan,1991; Larachi 以及其他人。,1997)。 这是第一次 CARPT 的使用是在一个系统成功地示范哪里追踪者粒子定期地休假和再进入区段被发现者质问。在 CREL ，华盛顿大学的 CT 扫描仪, 圣路易斯 , MO,使用狂热者-光线的几何学作为测量变薄 ?-放射线当做它经过过那给予的物体, 在这情况起床者区段。 生的肉变薄测量然后用来重建代表性时间平均劫盗分配时期。 来源是被装入胶囊的 100 mCi Cs-137个同位素 , 和 11个 NaI 发现者的有角排列(最大值) 作为变薄测量。 那以最大值为基础的判断-最大值化的运算法则可能原则,(兰格和卡森,1984)作为来自发射的图像重建测量。 软件和硬件的细节CREL 扫描仪的方面被 Kumar 讨论以及其他人。 (1995) 而且 Kumar 和 Dudukovic ′.(1997)目前研究, 测试区段 (液体-固体起床者) 向前在四个策略的轴位置被扫描专栏。结果和讨论实验在多种的液体被运行表面的速度, 从 12 到 23 cm/s。 在这一项研究,典型的结果藉由跑系统获得了在一20 cm/s 的液体表面速度被报告。 所有的实验与玻璃粒子一起运行 2.5毫米直径,与喷射器水流动 25 gal 的比率/最小。 33 gal/最小的水流程率被维护在起床者的底部维持一种全部的液体在专栏中的 20 cm/s 的表面速度。图 2 方位角地平均是情节和 timeaveraged光线的固体劫盗 (固体集中)分配,在四个轴的位置测量了, 在一种液体20 cm/s 的表面速度。 一般观察那固体劫盗的大小非常不改变重要地 (最大的变化是 4%) 由于逐渐增加的除了减少之外的光线位置些微地以轴的位置(最大的 4%). 固体劫盗, 在任何的给予轴的位置,些微地在专栏的中心比较高当做与墙壁相较。 这是一个有趣的结果,就它而言在瓦斯-固体的起床者中广泛地被报告那那相反的趋势被观察 (Rhodes 和 Geldart,1989;Rhodes,1990). 在固体劫盗中的光线倾斜度分配在这里也是非常小的。图 3 表演固体速度领域当做评估从 CARPT 实验。 图 3 一是速度无线电诱导情节, 这清楚地表示, 在次平均的感觉, 固体状态有循环成环: 固体上在专栏的中心而且降在墙壁。 图 3b 表演相同的事实数量地根据时间-平均了轴的成份固体速度, 在中央的四个位置那专栏。 它可能被注意那当 downflow的时候固体的速度在墙壁是小大小当做与 upflow 速度相较, 总块在 downflow 的固体仍然是可感知的 (9.6% 在这情况)图 2. 固体劫盗 (集中) 分配在不同的轴的位置 (液体的表面速度 )20 cm/s).图 3. 在液体表面速度的固体速度领域20 cm/s: (一) 速度矢量情节; (b) 轴的低劣速度描绘轮廓。Ind。 Eng。 Chem。 关于。, 第 36 册,11,19974667 号由于一个流程的比较高的部份区域在一比较棒的光线的位置。关于固体劫盗的一个意见在水平描绘轮廓在专栏的 33 cm 井然有序。 这一个水平, 仅仅在上面在专栏 (图 1) 中的经销商和喷射器, 是混合地域的部份, 和显然地表示一不规则的较低的劫盗描绘 78 cm 水平轮廓胜于。 这是也藉着 CARPT 结果确认了: 图 3 一清楚地出示固体速度矢量任意地被指示在哪一消除, 当更高地向上的时候在专栏中一清楚的循环环能被识别。 因此, 流程在 33在专栏的 cm 仍然正在发展而且表示一显然偏离常规的行为当与其余者相较了专栏。使用一本小说接近, 固体住宅时间在起床者区段的分配 (RTD) 被计算间接地从 CARPT 数据。 自从追踪者以后粒子被认为是一个典型的零零散散的状态实体哪一个重复地拿流通返回起床者区段, 在起床者中被它花费的时代的分配在它的每一次拜访期间的区段是对它的 RTD 的衡量。在连续的拜访期间的这些 " 住宅乘 " 是在图 4 中计画翻译如一个柱状图了。 唤起 ergodic假设, 这给坚硬的状态的 RTD。最后, 在图 5 中, 那轴地平均低劣的轴的固体的速度被呈现如一个液体的功能表面的速度。 在不同人被做的实验情况指出大小的全部增加中线和墙壁 (downflow) 速度。 这是, 当然, 在自从一个较高的动力以后被期望液体的状态会传授较多的动力到经过 interphase 累赘的坚硬状态, 带领到固体的比较高的低劣速度。 纯粹地基于这些实验, 结果似乎建议那固体-状态速度到达某种 " saturationprofile"以增加液体的表面速度。 然而,如此结果的严厉确认等候未来实验。总结评论液化的床和起床者的设计练习使今天相等停留在传统的 " 经验法则 " 上。 真实人如此的系统的现象更加复杂比较藉着启发式方法捕获了被用当做那设计相等的基础。 因此, 使用者和液体-固体起床者的设计者应该最后有益于从改良基本理解那如此的系统的流体力学。 现在的研究是想要在实验的定量化中是一个第一个步骤一样的。在 CREL, 工作是在进步方面在学习起床者方面在多种操作情况之下的装备而且使用一种粒子的光谱按规定尺寸制作。 短期居留者的调查如此的系统的现象也被计画为在那未来。 较进一步的数据的处理将会被做在命令计算动能，狂暴的修剪压迫力 , 和狂暴的散布系数在那固体状态。 这一个研究努力的全部目标是发展主要变数的理解感人的液体-固体起床者的表现和发展更以基本上为基础的刻度-提高规则。 那实验的数据也被期望担任基点对于计算流动动态模型那液体-固体起床者流动。承认作家谢谢工业赞助者那化学的反应工程实验室 (CREL) 在为支持在圣路易斯的华盛顿大学这计画。命名法Ul) 表面的液体速度, cmZ) 在起床者中的水平, cm文学引证Corma, 一。; Martinez ， A. 化学，催化剂和程序为Isoparaffin-石腊的烃化: 真实的情形和未来趋势。 Catal。 牧师-Sci。 Eng。 1993,35,483.Devanathan, 在泡沫的液体流体力学的 N. 调查专栏经由计算机自动化放射性的粒子追踪(CARPT). 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希望不要让我3.5个小时的努力付之东流！篇名：液-固提升管的计算机层析摄影和微粒示踪研究作者：Shantanu Roy, Jinwen Chen, Sailesh B. Kumar, M. H. Al-Dahhan,* 和M. P. Dudukovic [* 表示通讯作者的意思]。单位：密苏里州圣路易斯市华盛顿洲立大学化学工程系化学反应工程实验室（63130）摘要：液-固循环流化床在各种工业过程中均是一种有潜在价值的反应装置，如炼油和精细化学品、石化产品及食品的合成。这些过程中，迅速失活的固体催化剂需要在基本反应完成后再生，并在提升管的固体中再循环。本研究表明，计算机辅助放射微粒示踪技术(CARPT)可用于构建提升管中固体流速模型和供试流体流速下的固体回流。?-射线计算机层析摄影(CT) 表明，在分馏柱中部固体浓度稍高。这和气-固提升管反应器的情景相反，后者的固体浓度在柱壁上更高。前言液-固循环流化床在精细化学品、石化产品合成及炼油等各种工业过程中作为一种备选反应装置迅速得到推广(Liang等, 1995)。该过程在液相反应物（典型高压、低温下的烃）(Thomas, 1970)和可快速灭活的固相催化剂(Corma和Martinez, 1993)存在的反应器中完成。基本反应在高液/固流速比的垂直提升管柱中完成(在提升管中固体变成可被液体运载的液化状态）。失活催化剂在通过连续内环流中的循环固体和基本反应偶联的独立处理过程中再生。此类连续流动的液固系统的设计和组装需要每相中的流动模型以及相含率分配方面的知识。本工作的目的是通过实验研究实验室级循环液固系统流动模型的提升管中固相的流速和含率分布问题。实验实验室级液-固循环流化床的装备图纸如图1所示。提升管是一根直径6英寸、高7英尺的有机玻璃柱。提升管中的自来水带动直径2.5毫米的玻璃微珠流动，并通过柱塞和喷射器回流进入系统。用喷射器(已把固体流速预标定为水流速函数)控制液流法来维持提升管中的固体物料流。全部固/液流速比可通过柱底部分配盘来调控。用内环流中的泵和储水罐中的循环水来维持气馏柱和喷射口部分恒定的高速水流。实验在密苏里州圣路易斯市华盛顿洲立大学化学工程系化学反应工程实验室研发的CARPT和CT装置中进行(Devanathan, 1991; Kumar,1994)。也许有必要指出，本研究使用的系统是致密的，粘滞性小，惟有非浸入式流体检测法如CARPT和CT才有能力精确测量固体流速和浓度。当前的装备使得提升管可以在CARPT-CT操作平台上安装用于本研究。早在固相水动力学的研究之前, 液相停留时间分布测定仪就在液相中得到应用。脉冲式快速注入氯化钾溶液后测定液相在既定位置的传导情况。本研究的结果其他地方也有报道(Roy 等, 1996)，我们发现液相实际上呈集中流势，具有小的分散效应。液体示踪颗粒E-曲线的二维方差总是小于0.1。美国化学学会的CARPT研究(Devanathan, 1991; Yang等, 1992)把放射性Sc-46微粒(发射波长350 íCi，半衰期83天)引入一个粒径和密度与待混流的玻璃微珠相匹配的中空铝球中来制备示踪颗粒。采用精妙的CARPT标定步骤(Yang等, 1992), 颗粒被放入供试反应段的约200-300个已知位置，就得到了每个检测器的距离-密度关系标定图谱。标定完成后，设置并保持所需的液体超临界流速，且容许固体微粒自由进入流场来模拟典型的玻璃微粒的运动。长时间后(8小时)，示踪颗粒的位置（用检测器获得的光子数目来表示）记作时间的函数。随后，固体颗粒的平均流体组分和波动流体组分、粘滞系数和动力学能量可以通过舍弃和处理粗略的原始数据后计算得出(Devanathan, 1991; Larachi 等, 1997)。这是CARPT技术首次在一个体系中的成功演示，该体系中示踪颗粒周期性地离开和重新进入被检测器检测到的分馏柱反应段。密苏里州圣路易斯市华盛顿洲立大学化学工程系化学反应工程实验室的CT扫描仪采用扇-线几何学来测定?-射线通过提升管中给定物体后的放射衰减。然后用粗略的衰减测量仪器重构中横截面上各相的时间平均含率分布。该放射源被置于100 mCi的Cs-137同位素中, 11个碘化钠检测器(最大值)组成的角阵列用于衰减测试。基于极大似然原理的期望极大算法(Lange和Carson, 1984)用来做投影仪中获取的图象重建。CREL扫描仪的软件和硬件方面的细节问题已经由 Kumar 等 (1995)、Kumar和Dudukovic′(1997)讨论过。本研究中供试液-固提升管在沿柱的四个轴向位置被扫描。结果与讨论实验在液体超临界流速（12-23 cm/s）的范围内进行。本研究报道了在20 cm/s液体超临界流速的条件下运行的系统中得到的典型结果。所有实验采用直径2.5毫米的玻璃微珠，喷射器的水流速度为25 gal/min。提升管底部的水流速度保持在33 gal/min，以便使柱中的平均液体超临界流速达到20 cm/s。图2 是在20 cm/s的液体超临界流速下4个轴向位置测得的对数平均化和时间平均化的径向固体含率 (固体浓度) 分布图。我们观察到固体含率的级数并不随着径向位置的升高而呈显著变化(最大变异是4%)，但随轴向位置的变化而稍微下降(最大变异4%)。和柱壁比较而言，任何既定轴向位置的固体含率稍高于柱中部。这是一个有趣的结果，因为在气-固提升管中广泛报道的是相反趋势(Rhodes和Geldart, 1989; Rhodes, 1990)。这里报道的固体含率分布的径向梯度也更小。图3表示CARPT实验中估计的固体流速场。图3a是流速矢量图, 该图清楚地表明，从时间平均化的角度来考虑，固相有一个内循环回路：固体在柱心上升并在柱壁上下降。图3b表示柱中部四个位置的固体流速的时间平均化轴向成分也有相同的定量结果。有必要指出，柱壁上固体的下游流速和上游流体相比较有较小的数量级, 下游总的固体质量仍然是令人满意的(本实验为9.6%)。柱的33cm高度处固体含率图一般来说是有序的。这个高度恰好位于柱中分配器和喷射器的上方(图1),是混合区域的一部分, 显然比78 cm高度处有较低的固体含率。这也为CARPT的实验结果所证实：图3a 清楚地表明固体流速矢量的方向在该高度上是随机取向的, 而柱中较高的位置则出现清晰的循环回路。因此，柱中33cm高度处的流体仍待斟酌，并且和柱的其他部分相比呈现明显的偏离行为。用一种新颖的方法， 提升管中固体残留时间分布(RTD)可间接从CARPT数据计算得出。由于示踪颗粒被认为是可重复循环进入提升管的典型分散系组分，其每次通过提升管在其中停滞的时间的分布是其RTD值。这些不间断采集数据获得的“残留时间”被作成图4中的柱状图。提一个武断的假说，这就给出了固相的RTD值。最后，在图5中, 固体沿轴向的平均轴向流速被表示为液体超临界流速的函数。不同条件下实验表明，柱中线以及柱壁(下游)的流速整体上都是增加的。当然，这也可能是由于通过相同区段的液相模量较高引起固相模量的增加导致了固体平均流速提高。纯粹基于这些实验，结果似乎表明随着液体超临界流速的加大固相流速有一种趋于“饱和值”的倾向。然而，这些结果仍期待着未来进一步的实验来做强有力的验证。结论直至今日，流化床和提升管的设计仍停滞在经验法则的水平上。此类系统中的实际现象远比作为设计程式基础的启发式近似算法获得的结果要复杂的多。因此，液-固提升管的使用者和设计者可以从此类系统中的水动力学基本认识中获得极大的启发。当前的研究只是向同类实验定量方面迈出了一小步。在CREL（作者的实验室）, 各种操作条件和使用不同粒径的颗粒的提升管配置研究工作正在进展中。此类体系中的静止现象研究也在未来的计划中。数据将做进一步的处理来计算固相的动力学能量、粘流剪切应力以及粘流分散系数。本研究努力的整体目标是了解影响液-固提升管效能的一些关键变量，进而研究更基础的按比例增大规律。我们期望我们的实验数据能作为液-固提升管流体的计算机动态建模的基准。图表题目翻译如下：图1. 液-固提升管的装备图纸图2. 20 cm/s液体超临界流速下不同轴向位置的固体含率（浓度）分布图3. 20 cm/s液体超临界流速下的固体流速场: (a) 流速矢量图; (b) 轴向平均流速图。致谢（略）参考文献（略）