第1个回答 2007-12-24
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 et
al。,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。 1997,36,4666-4669
S0888-5885(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 halflife
83 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, cm
Z) 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). D.Sc。 论题,华盛顿大学,圣路易斯,
MO,1991.
Kumar, S. B. 计算机空虚的断层摄影术测量
在泡沫专栏中的分数和流程的模型。 博士
论文,佛罗里达州大西洋大学, Boca Raton , FL,1994.
Kumar, S. B.; Dudukovic ′, M. P. 计算机辅助灰阶和
X光断层摄影术: 多状态流程制度的申请。
在多状态流程的非侵入监听中; Chaouki , J。,
Larachi , F。, Dudukovic ′, M. P. , Edmund。; Elsevier 科学出版者:
阿姆斯特丹,荷兰,1997; pp 47-103.
Kumar, B. S.; Moslemian , D。; Dudukovic ′, M. P. 一伽??线
描绘的断层摄影术的扫描仪空的分数分配
在泡沫专栏中。 流动 Meas 。 Instrum。 1995,6,61.
图 4. 住宅计时坚硬的状态的分配在一
20 cm/s 的液体表面速度.(从 CARPT 实验)
图 5. 轴地平均了轴的低劣固体速度当做一
液体表面的速度的功能。
4668 Ind。 Eng。 Chem。 关于。, 第 36 册,11,1997 号
兰格, K。; 卡森, R. 电子 MReconstruction 运算法则对于发射
而且传输断层摄影术。 J. Comput。 帮助。 Tomogr。
1984,8,306-316.
Larachi , F。; Chaouki , J。; 肯尼迪, G。; Dudukovic ′, M. P. 放射性的
在多状态反应者中的粒子追踪: 原则和
申请。 在多状态流程的非侵入监听中;
Chaouki , J。。 Larachi , F。, Dudukovic ′, M. P. , Edmund。; Elsevier
科学出版者: 阿姆斯特丹,荷兰,1997; pp
335-406.
两, W. G.; Yu, Z. Q.; Jin , Y。; 王, Z. W.; 王, Y. 综合
线 Alkylbenzene 在一种液体-固体循环液化
固定反应者。 J. Chem。 Technol。 Biotechnol。 1995,62,98.
Rhodes, 流程结构的 M. J. 模型向上的移动
瓦斯固体中止。 搽粉于 Technol 。 1990,60,27-38.
Rhodes, M. J.; Geldart, D. 流体力学再循环
液化了床。 在流通方面液化了床技术; Basu,
P。, Edmund。; Pergamon 杂志报纸: 纽约,1986; pp 193-200.
Roy , S。; 陈, J。; Kumar, S. B.; Al-Dahhan, M. H.; Dudukovic ′, M。
P. 液体状态在液体混合-固体循环反应者。
纸在 AIChE 年会,芝加哥上呈现了,1996.
汤姆斯, C. L. 接触反应的程序而且证明催化剂; 学者
杂志报纸: 纽约,1970.
杨, Y. B.; Devanathan , N。; Dudukovic ′, M. P. 液体 Backmixing
在泡沫专栏中经由计算机自动化放射的
粒子追踪 (CARPT). Chem。 Eng。 Sci。 1992,47,2859.
四月 21 日为检讨收到了,1997
校订手写的被一般承认的八月 1 日,1997
一般承认的八月 9 日,1997X
IE970292 L
十月 1 日, X 摘要预先出版了 ACS 摘要,
1997.
Ind。 Eng。 Chem。 关于。, 第 36 册,11,19974669 号