新型扩散式下排气气固分离器实验研究
气体扩散系数测定实验
实验原理扩散属于由于分子扩散所引起的质量传递，扩散系数在工业中是一项十分重要的物性指标。
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体A，该组分通过静止气层Z扩散至管口被另一头气流B带走。
紧贴液面上方组分A的分压为液体A在一定温度下的饱和蒸汽压，管口处A的分压可视为零，组分A的汽化使扩散距离Z不断增加。
记录时间t与Z的关系即可计算A在B中的扩散系数。
液体A通过静止气体层的扩散为单相扩散，此时传递速率：N A =D/(RTZ) ·P/PBm·(PA1－PA2) 可写成:N A =ρ/RT·D/Z·ln(PB2/PB1) (a)设S为细管的截面积，ρ为液体A密度。
在dt时间内汽化的液体A的量应等于液体A扩散出管口的量，即SNA dt=ρSdZ/NA或:N A =ρ/MA·dZ/dt (b) 设备介绍实验主界面如下图所示计算公式T形管：横管为两端开口的普通玻璃管，用于气体流通；竖管为下端封口的毛细管，用于盛放丙酮溶液(丙酮为被测气体)，由于使用了毛细管，可以将被测气体的扩散视为一维的竖直扩散。
真空泵：可生成20-60kPa的负压，使毛细管中扩散出的气体迅速离开管口，以保证管口处被测气体浓度不变(接近零)。
游标卡尺：实验中使用精度为0.1mm的游标卡尺，可以通过显微镜对毛细管内的液位进行测量。
显微镜：由于游标卡尺刻度较密，且置于水浴箱中，要借助显微镜进行读数。
水浴箱：毛细管浸于水浴池中，使毛细管内液体保持恒温。
另外，温度高时扩散较快，可加快实验速度。
实验中要求设定为50度。
系统时钟：可成倍加快实验速度，减少实验中的等待时间。
扩散系数：D=BρRT/(2M A P) ·1/ln(P B2/P B1)ρ—丙酮密度，797kg/m3；T—扩散温度，实验中要求设定为232K；M—丙酮分子量，58.05；AP—大气压，100kPa；P B2—空气在毛细管出口处的分压，可视为P；P B1—空气在毛细管内液面处的分压，P B1=P-P A*，P A*为丙酮的饱和蒸气压，232K时P A*=50kPa；B—以时间t为横坐标，Z2为纵坐标作图得到的直线的斜率。
固体流态化的流动特性实验
固体流态化的流动特性实验（示范实验）1、实验目的在环境工程专业，经常有流体流经固体颗粒的操作，诸如过滤、吸附、浸取、离子交换以及气固、液固和气液固反应等。
凡涉及这类流固系统的操作，按其中固体颗粒的运动状态，一般将设备分为固定床、移动床和流化床三大类。
近年来，流化床设备得到愈来愈广泛的应用。
固体流态化过程又按其特性分为密相流化和稀相流化。
密相流化床又分为散式流化床和聚式流化床。
一般情况下，气固系统的密相流化床属于聚式流化床，而液固系统的密相流化床属于散式流化床。
①通过本实验，认识与了解流化床反应器运行。
掌握解流化床反应器启动中物料的连续流化方法及其测定的主要内容，掌握流化床与固定床的区别，掌握鼓泡流化床与循环流化床在本质上的差异。
②测定流化床床层压降与气速的关系曲线本实验的目的，通过实验观察固定床向流化床转变的过程，以及聚式流化床和散式流化床流动特性的差异；实验测定流化曲线和流化速度，并试验验证固定床压降和流化床临界流化速度的计算公式。
通过本实验希望能初步掌握流化床流动特性的实验研究方法，加深对流体流经固体颗粒层的流动规律和固体流态化原理的理解。
2、实验装置与实验原理介绍流化床反应器是一种易于大型化生产的重要化学反应器。
通常是指反应物料悬浮于从下而上的气流或者液流之中，气体或者液体中的成分在与反应物料的接触中发生反应。
流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉（见煤气化炉）。
目前，流化床反应器已在电力、化工、石油、冶金、核工业等行业得到广泛应用。
与固定床反应器相比，流化床反应器的优点是：①可以实现固体物料的连续输入和输出；②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制，特别适用于强放热反应；③便于进行催化剂的连续再生和循环操作，适于催化剂失活速率高的过程的进行，石油流化床催化裂化的迅速发展就是这一方面的典型例子。
然而，由于流态化技术的固有特性以及流化过程影响因素的多样性，对于反应器来说，流化床又存在明显的局限性：①由于固体颗粒和气泡在连续流动过程中的剧烈循环和搅动，无论气相或固相都存在着相当广的停留时间分布，导致不适当的产品分布，阵低了目的产物的收率；②反应物以气泡形式通过床层，减少了气-固相之间的接触机会，降低了反应转化率；③由于固体反应物料在流动过程中的剧烈撞击和摩擦，使物料加速粉化，加上床层顶部气泡的爆裂和高速运动、大量细粒反应物料的带出，造成明显的反应物料流失；④床层内的复杂流体力学、传递现象，使过程处于非定常条件下，难以揭示其统一的规律，也难以脱离经验放大、经验操作。
气固相催化反应宏观反应速率的测定
气体的扩散实验
气体的扩散实验气体的扩散实验是一种常见且重要的实验，它用于研究气体分子在不同条件下的扩散速率以及扩散规律。
扩散是指气体分子由高浓度区域向低浓度区域的自发运动。
在本实验中，我们将探索不同因素对气体扩散速率的影响，以及扩散实验的应用。
一、实验目的本实验主要有以下目的：1. 研究不同因素对气体扩散速率的影响；2. 探索气体扩散实验在生活和科学领域的应用。
二、实验原理1. 气体扩散规律根据高斯扩散定律，气体分子由高浓度区域向低浓度区域的扩散速率与浓度梯度成正比，与面积成反比。
扩散速率可以用以下公式表示：J = -D ∇C其中，J表示物质的扩散速率，D表示扩散系数，∇C表示浓度梯度。
2. 实验装置本实验所需的装置包括气体容器、扩散膜和浓度计。
扩散膜是一种半透膜，它可以允许气体分子通过，但阻止液体或固体颗粒的扩散。
浓度计用于测量气体的浓度。
三、实验步骤1. 准备实验装置，确保容器密封。
2. 将浓度计插入容器内，记录初始的浓度读数。
3. 在容器的一侧放置一定量的气体，并开始计时。
4. 定期测量浓度计的读数，并记录下来。
5. 统计实验数据，并分析不同因素对气体扩散速率的影响。
四、实验结果与分析通过实验数据的统计与分析，我们可以得出以下结论：1. 浓度梯度越大，气体的扩散速率越快。
2. 表面积越大，气体的扩散速率越快。
3. 不同气体的扩散速率可能存在差异。
五、实验应用气体扩散实验在生活和科学领域有着广泛的应用，以下是一些例子：1. 气体扩散实验可用于检测空气中有害气体的浓度，如二氧化碳、一氧化碳等。
2. 在化学实验中，气体扩散实验可用于研究反应速率及反应机理。
3. 工业上，气体扩散实验可用于优化生产过程，改进气体传输和处理设备。
六、实验注意事项在进行气体的扩散实验时，需要注意以下事项：1. 实验环境应保持相对稳定，避免温度、压力等因素对实验结果的干扰。
2. 实验过程中应注意安全，避免接触有害气体或使用有毒溶剂。
结论通过气体的扩散实验，我们可以深入了解不同因素对气体扩散速率的影响，并探索其应用。
气体分离装置工作原理
气体分离装置工作原理气体分离装置是一种常见的设备，它可以通过特定的原理将混合气体中的不同成分分离开来。
本文将介绍气体分离装置的工作原理，并探讨其中的主要机制和应用。
一、扩散分离原理扩散分离是气体分离装置中最常用的原理之一。
它基于不同气体分子在空气中的扩散速率不同的特性。
一般来说，较轻的气体分子在给定温度下扩散速率较快，而较重的气体分子扩散速率较慢。
利用这一特性，可以通过设定适当的条件，使得混合气体中的不同成分在装置内部扩散并分离。
具体来说，扩散分离装置通常由两个或多个由多孔隔板隔开的分离单元组成。
在这些单元中，通过控制温度和压力等参数，使得混合气体逐渐分离。
较轻的气体分子会通过孔隙渗透至隔板的另一侧，而较重的气体则会滞留在原位置。
通过不断的扩散和分离，最终可以得到纯净的气体成分。
二、吸附分离原理吸附分离是气体分离装置中另一种常见的原理。
它利用固体或液体材料对气体分子的吸附能力不同，实现气体的分离。
吸附材料通常是多孔的，具有大量的微小孔隙和表面积，这些细微结构可以吸附气体分子。
具体而言，吸附分离装置由吸附剂和固体床或填料组成。
混合气体通过填料层时，不同成分的气体分子将在吸附剂表面发生作用，并被吸附。
吸附剂的物理和化学性质决定了不同气体分子在其上的吸附程度。
通过这种方式，可以将混合气体中的不同成分分离开来。
吸附分离装置可以根据吸附剂的种类和性质进行调节，以实现不同气体分子的选择性吸附。
这使得吸附分离在石油化工、制药和环境保护等领域中得到广泛应用。
三、膜分离原理膜分离是一种基于渗透和选择性透过的原理实现气体分离的方法。
膜分离装置通常由多个薄膜组成，这些薄膜可以选择性地让其中一种或多种气体穿过。
薄膜的选择性透过性是膜分离的关键。
它是通过控制薄膜的孔隙大小、孔道结构或材料本身的化学特性来实现的。
不同气体分子由于尺寸和溶解度等不同特性，通过薄膜的速率也不同。
因此，在膜分离装置中，气体可以在不同速率下通过薄膜，从而实现气体分离。
旋流导叶式生物质热解反应器内气固两相涡旋流动特性
旋流导叶式生物质热解反应器内气固两相涡旋流动特性摘要：针对生物质现有热解反应器存在的传热效果差、产物与催化剂不能及时分离导致产率降低等问题，采用计算流体力学方法与脉冲示踪实验测量法对旋流导叶式反应器内的固相体积分数梯度分布、停留时间分布等进行了研究。
结果表明气固两相在新型反应器不同区域不同强度涡旋流场内哥氏力、离心力的作用下达到了较好的混合接触和分离效果，为实现反应器内的反应分离一体化过程提供了前提。
研究发现，当催化剂粒径为10μm、剂气比为10.5时，反应器达到最佳混合与分离效果。
催化剂颗粒停留时间分布曲线呈平滑的单峰分布，拖尾较小，平均停留时间为1.055～1.235s，催化剂颗粒流动接近平推流。
引言生物质催化热解是改善生物油品质、高效利用生物质资源的有效方法之一，生物质催化热解技术操作简便，只需在常压条件下即可实现，具有广阔的发展前景[1－3]。
目前研究者普遍认为催化热解过程可以分成两步：一是生物质原材料在高温下生成热解气，二是在催化剂作用下热解气（主要是有机蒸气）进一步裂解成较小的分子，即发生催化裂解[4]。
基于上述两步法发展了生物质原位催化热解和非原位催化热解两种技术，非原位催化热解与原位催化热解相比，由于可以根据两步反应特点有针对性地设计不同的反应器类型，且对于工艺条件改进和结构优化的研究可以根据不同反应特性分别开展，使其更具针对性、更加具体有效，因此非原位催化热解成为目前具有潜力和研究价值的新技术[5－6]。
目前文献报道的生物质催化裂解的常用反应器类型主要包括固定床反应器和流化床反应器[7－9]。
在热解蒸气催化过程中，固定床反应器因结构简单、运行费用低，且对催化剂的强度要求不高，应用较多。
但其暴露的缺点也越来越受到国内外研究学者的重视，包括反应器内部温度分布不均匀，传热差以及原料处理能力弱和催化剂无法更换等问题[10]，因此目前常用流化床反应器代替固定床反应器。
与固定床反应器相比，流化床反应器易实现连续操作，且生产能力强，便于放大，但因存在环-核非均匀流动、流化介质与催化剂的分离以及逆重力场输送运行成本较高等问题[11－12]，在生物质催化热解中尚未广泛应用和推广。
新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用
新型高效涡旋管分离器的原理、结构及应用摘要：根据当前国内外气固分离设备的研发背景，详细介绍了WF新型高效涡旋管分离器的工作原理、结构及其在实际用户中的应用情况，有效解决了发酵行业中压缩空气管道锈粉粒子等固体粒子的处理问题，大幅度提高了空气过滤器使用寿命，保证了生产的稳定运行。
关键词：涡旋管；气固分离；轴流式；涡旋管分离器0 引言在生物、医药等发酵行业中，压缩空气中含有大量的尘埃粒子，发酵企业的空气管道多为碳钢管，其含有锈粉粒子等，这些都是产生固体粒子的主要来源。
对无菌空气净化系统来说，如何去除气体中含有的固体粒子，保证膜过滤器正常运行是非常重要的。
在空气压缩气体净化系统中，固体粒子通常作为细菌的载体，随压缩空气进入发酵罐，导致产生染菌的现象。
虽然进入过滤器前端的混合气体，已经处于无油、无水、干燥的状态，但若不能有效去除游离其中的固体粒子，就会导致过滤器非正常运行，缩短使用寿命，进而影响发酵生产的稳定性，这既增加了染菌的机会，又造成经济上的损失。
1 研发背景在发酵行业中，如何通过压缩气体中的气固分离有效去除固体粒子，延长空气过滤器使用寿命，维持生产稳定，是必须解决的问题。
碳钢管道中的锈粉粒子，是产生固体粒子的主要来源，为解决这个难题，迫切需要高效、可靠、经济的气固分离设备。
为满足市场需求，在参考国内外同类先进产品和专利查询的基础上，我院研发了国内先进的气固分离装置WF新型高效涡旋管分离器。
含这种设备的空气净化系统流程示意如图1所示。
气固分离装置的工业应用按其目的要求可分为三大类：（1）回收有用的物料；（2）获得洁净的气体；（3）净化废气，保护环境。
上述三类目的不是截然分开的，对于某一工业应用可能三者兼而有之。
目前，气固分离装置的结构有多种形式，通常使用的有：旋风分离器、过滤分离器、电除尘装置等。
但是，上述装置基本都存在如下缺点：（1）除尘效率低，阻力大；（2）结构复杂，维修费用高；（3）易损耗，寿命短等。
区气体径向混合扩散规律的试验研究
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分七
示踪气体在循环流化床提升段的空间浓度分布
由于 Ｄ二 ａ 对轴向混合的贡献与对流相比可以 卿 略 ， 所以我们在数据处理中忽略 Ｄ ， ＿ 而只考虑 Ｄｒ． 轴向扩散系数 Ｄ 的计算结果如图 ４ ： 。从图 中可以清楚地看出以下规律：
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１ － 提升段；一 ２旋风分离器；一 ３回料阀；一 ４示踪气体注人点；一 ５测量区
图 １ 循环流化床试验 台主要结构示意图
示踪气体 Ｏ 在距布风板以上 ８０ Ｃ ： ５ｍ ｍ处 通人。测量区测点沿高度分 ５ ， 层 最下排测点距 喷口高度 ６０ 每两层测点相距 １０ 每 ０ｍ ｍ， ５ｍ ｍ， 层７ 个测点 ， 测点横向距离 ５ ｍｍ， ０ 以提升段轴 向中心线对称分布， 由此得到一个竖直平面上的 ｃ： ｏ 的浓度分布情况。
（）此时随着颗粒浓度的增加， ２ 气体的湍流 度进一步下降， Ｄ 下降。 因而 ， （）当固体颗粒浓度进一步增加时， ３ 流态处 于循环流态化状态， 使气体的湍流程度不均匀性 增加。随着颗粒浓度的增加， 气体混合加剧。 （）大颗粒与气流相对速度大， ４ 气体对其绕 流运动时， 其尾迹效应可以增 气体的湍动。颗 强 粒团的作用可以等效为大直径颗粒， 所以颗粒浓 度高到某一点， 相当于等效颗粒直径达到临界转 折点直径， 可以促进气体湍动， 从而提高径向气 体扩散系打ｏ
度是很小的； （）气体湍流运动存在横 向（ 向） ２ 径 速度脉 动， 能促进气体横向混合； 此种扩散尺度具有普 朗特混合长度的量级； （）湍流运动中的各种尺度 的涡旋结构促 ３ 进扩散混合； （）气体流动把上游气体带到下游引起的 ４ 混合， 如提升段流化风把下部气体带到上部引起 的混合； 影响这种混合的主要因素是风速高低 ；
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对该分 离 器 几种 不 同 尺寸 在 几种 工 况下 进 行 了 冷 态 实 验 ， 文 介 绍 的实 本 验 主 要对 以下 不 同尺 寸 的 图 ｌ 新 型 气 固分 离器 分 离 器在 不 同 的工 况下 进 结构 示意 图 行 了选 型 ： （）改 变 下导 流锥 的倾 角 （５，４ ，ｏ，０） １ ４。５￣６。７ｏ。
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（ ）改 变 下导 流锥 的底 径 。 ２
气 固分离器 ， 目前已经做了大量 的理论分析和实验 研 究 。研究 表 明 ： 离 器 的结 构 尺 寸 及 运 行 工 况 对 分
离器 的结 构尺 寸 ， 可以降低 阻力 ， 而提 高效 率能 耗 从 比 ｊ 文对 该 新型扩 散式 下排 气 气 固分离 器 的流 。本
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摘
要 ： 过 实验 方 法 （ 离 效 率 的 测 定 和 三 维 粒 子 动 态 分 通 分
态分 析仪 、 置 、 － 装 数字 微 压计 、 型管 和 电子称 等 （ 实 验 装置见 图 ２ 。 ） 对该 分 离 器 做 了各 种 工 况 下 的冷 态 实 验 ， 变 改 其 入 口气 体 灰 的 浓 度 、 灰
３ 实验 数据及分析
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关 键
词 ： 固分 离器 ； 气 下排气式 分离器 ； 降低 阻力
２ ； ３７ ５ ４ ５ ０ ５ 文 献标识 码 ： Ａ
角 度 、 气 管 的高 度 和 下 出 导 流锥 的高 度 等 。测 量 的 主要 参 数是 其 分离 效 率 和
压 力损 失 。
中图分 类号 ： 蚴
ｌ 前 言
其 阻力 的影 响很 大 ， 在一 定 的工 况下 ， 正确 的确定 分
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动特性 和 阻力 特 性进 行 了实 验 研 究 分 析 ， 以揭 示 其 结构 尺寸 及运 行 条件 与流 场 ， 阻之 间的变化 规 律 ， 流 为分 离器 的优 。 ３ （ ）选 择 出 气 管 ４ 人 口高 度 。 实 验 工 况 ： 度 温 为 常 温 ， 流 速 度 分 气 别为 １ ／、５ｍ ｓ ０ｍ ｓ １ ／ 、
的种 类 以及 改 变导 流锥 的
析 实验 ） 究 了扩 散 式 下 排 气 气 固分 离 嚣 的 分 离 流 阻、 场 研 流
分布和 分 离效率等 ． 而 降低扩散 式 气 固分 离器 的 阻力， 从 提 高分离效率。分 离器 内部 的各 种设 计 （ 导流锥 高度 的确 上 定、 下导流锥 的倾 角和排 气管 高度 等 ） 为提 高气 目分 离器 均 的效率和降低 阻力， 实验 可 以看 出该 气 固分 离器对 于 ３ 从 ０ ｆ 粒 径粗 友的分 离蓝率很 高， 删 能选到 ９ ％以上。 ５
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第 １卷（ ７ 总第９期） ９
热 能 动 力
工 程
２２ 月 ０ 年５ ０
丈 章 编 号 １１ ２∞ （ｃ ）３—０５ ∞ ｏ１ ０ ￣ｏ２ｏ １ ２１
新 型 扩 散 式 下 排 气 气 固 分 ． 实验 研 究 离器
冷碧霞 ， 由旺， 学安 陈 吴
装置、 罗茨风 机 及 供 风 系统 、Ｄ—Ｐ Ａ（ ３ Ｄ 三维 粒 子 动
收 稿 １ ：００ ２ １； 订 １ ￣ｏ ｌ ０ ３期 ２０ —１ — ８ 修 ３期 ２ｏ 一 ２—２ ７ 作 者 简 卉 ： 碧霞 （９ ７一） 女 ． 西 上 高 人 ， 华 大 学 硕士 研 究 生 冷 １７ ． 江 清
２ ｓ、 ５ ｍ／ 、 ０ ｍ／ ０ ｍ／ ２ ｓ ３
２ 扩散 式 下排 气 气 固分 离器 的 实 验设 备及 实验工况
新 型 气 固分 离 器 的入 Ｖ为 一 矩形 ， 向进 入 分 Ｉ 切 离器 ， 尘气 流 首先进 入 上部 直段 的柱 筒 ， 含 内有 上 导 流锥 ， 体在柱 筒 和导 流锥 间旋 转 ， 流 然后 进入 一渐 扩 锥筒 ， 着进 入下 部直 段柱 筒 ， 接 这样灰 就 将沿 着筒 壁 下落 到焦 灰筒 内 。净 化气体 从 下排气 管 排 出 。为减 少 由于旋 转 运 动 导 致 的压 降 排 气 管 上 装 有 下 导 流 锥 ｌ ， ２ 其结 构 见 图 １ 一 。
图 ２ 试验 装 置 图
ｓ含 尘 气 流 的平 均 浓 ； 度 １ｋ ３ ｅ 。 Ｃｍ 实 验 用 灰 ： 验 试
用 的 是超 细 玻 璃 珠 粉 （ 均粒径 ３ ａ ） 平 ０／ｎ 和 热 电 厂 静 电 除 尘 灰
（ 均粒 径为 ２ ａ ） 平 ０／ｎ 。
试验设备 ： 固分离器及平台 、 气 进料装置 、 排尘