[发明专利]测量颗粒流体两相流反应器内流体相组分浓度分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒流体两相流反应器，特别涉及一种测量颗粒流体两相流反应器内颗粒与流体传质过程中被传递组分浓度分布的方法。

背景技术

颗粒流体两相流反应器广泛应用于过程工业领域。颗粒流体系统中的传质过程与复杂流动因素密切相关，进而关系到本征反应速率和表观反应速率之间的联系，以及流体相组分浓度分布，最终影响颗粒流体两相流反应器的设计与放大。因此，如何有效预测颗粒流体两相流反应器内颗粒流体间的传质过程以及组分浓度分布至关重要。

目前，颗粒流体两相流反应器内颗粒流体间传质系数的计算主要依靠关联实验数据。由于影响颗粒流体传质的因素众多，尤其是流动结构参数的影响难以预测，另外，也受实验条件和规模的限制，关联得到的经验公式缺乏普适性(参见参考文献1：Breault，R.W.PowderTechnology，Vol.163，P.9(2006))。已有文献(参见参考文献2：Wang，W.，Li，J.Chem.Eng.Sci.，Vol.62，P.208(2007))表明，结构因素对于预测颗粒流体两相流反应器流动参数分布至关重要，但是如何结合结构因素，预测颗粒流体传质能力的技术还未见报道。而忽略结构所带来的传质效应，必然会导致预测的颗粒流体传质系数偏离真实。因此，必须考虑结构的影响，才能准确把握传质、反应规律，准确预测颗粒流体两相流反应器(如石油工业中常见的流化催化裂化(FCC)反应器，电力行业中的循环流化床锅炉(CFBB)等核心设备)的传质、反应能力，实现可靠的设计、运行、控制与放大。

颗粒流体两相流反应器内颗粒流体传质过程受非均匀结构的影响，主要体现为：

1、由于结构的影响，颗粒流体传质存在局部不均匀性，实际传质能力不仅受局部流动结构和物性参数的影响，还受到传质历史经历的限制，仅依靠局部的流动信息，无法实现具有结构的传质分析。

2、组分浓度在局部存在非均匀分布，使得在实验过程中如何获得和测定具有代表性的组分样品较为困难，实验难度更加影响到关联数据的准确度。

已有技术中，对于颗粒流体两相流反应器内流体相组分浓度分布的测量方法，比如文献3：Schoenfelder H.，Kruse M.and Werther J.，AIChE J.Vol.42，P.1875，(1996)中公开的技术，流动结构建立在稳态、经验性的数据基础之上，缺乏流动结构实时、动态的变化影响，得到的计算方法很难从原有实验条件外推至工业条件当中，因而应用和推广都受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中未考虑结构对颗粒流体传质过程的影响的不足，提供一种可以精确测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法。

为此，本发明提供一种测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布的方法，包括如下步骤：

S1，计算颗粒流体两相流反应器测量区域内每个微元内的质量守恒方程、动量守恒方程，得到每个微元的流固速度()和颗粒浓度分布ε_s；

S2，获得稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵，分别为：[f]，[ε_gc]，[ε_gf]，[d_cl]，其中代表稀相流体表观速度，代表稀相颗粒表观速度，代表密相流体表观速度，代表密相颗粒表观速度，f代表密相体积分数，代表介观界面加速度，代表密相加速度，代表稀相加速度，d_cl代表密相团聚物直径，ε_c代表密相空隙率；ε_f代表稀相空隙率；以上所有速度和加速度为矢量，同时适应于二维或三维空间；

S3，获得稀相和密相的组分浓度(X_c，X_f)；

S4，由稀相和密相的组分浓度计算微元内的流体平均密度，若所得到的流体平均密度和步骤S1中质量守恒方程和动量守恒方程采用的流体密度之差满足精度要求，则输出流固速度，颗粒浓度和组分浓度，并结束操作；否则，将计算得到的稀密相内流体平均密度代入步骤S1的质量守恒方程和动量守恒方程中，开始下一次迭代。

由于本发明中采用稀密相结构参数在空间的离散分布构成的矩阵来获得稀相和密相的组分浓度，充分考虑了结构对颗粒流体传质过程的影响，因此可以精确测量颗粒流体两相流反应器内组分浓度分布。

在上述技术方案中，所述步骤S2具体包括如下步骤：