加温加压下CFD-PBM 耦合模型空气-水两相流数值模拟研究

张文龙，侯燕，靳海波，马磊，何广湘，杨索和，郭晓燕，张荣月

（1 北京石油化工学院化学工程学院，北京 102617；2 燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室，北京 102617）

引言

鼓泡塔反应器因操作方便、结构简单、传质和传热性好等优点，被广泛地应用在化学、石油化工、生化、制药和冶金等行业[1-3]。鼓泡塔中典型的反应有费-托合成、甲醇的合成以及PX 氧化反应，这些反应需要在高温高压的反应器中进行。由于鼓泡塔中的气液两相流非常复杂，尤其是在高温和高压条件下，需要进行实验或数值模拟以获得一些重要参数，如气含率、气泡大小分布、液体速度分布和气泡上升速度等，以分析塔中的流体动力学行为与传质特性。在这些参数中，气含率是影响鼓泡塔中流体行为的最重要参数之一，大多数气含率是常温和常压下的实验数据。而在工业生产中，鼓泡塔中的反应通常在升温加压的条件下完成。因此，了解近实际工况下鼓泡塔流体力学特性将更有意义。

近几十年来，国内外开展了广泛的气-液鼓泡塔内的实验和模拟研究，现有文献研究较多的是压力变化对气含率的影响，而升温对气液两相鼓泡塔影响在文献中较为少见，主要研究物性变化的影响规律[4]。Deckwer 等[5]以Fischer-Tropsch 过程为背景，在直径为4.1 cm 和10 cm 的浆液鼓泡塔反应器中研究了温度和压力变化对气含率和传热传质的影响。Behkish 等[6]对N2、He/异构烷烃体系研究发现，在温度30～200℃范围内，总气含率随温度的升高而增加，加入固相后，增加的固体浓度会使气含率显著降低。……