确定气固微流化床中的最佳流动模式及标准分析

《AIChE Journal?AIChE》：Identifying optimal flow patterns in gas–solid micro-fluidized beds and criteria analysis

微流体床反应器通过抑制气体逆混实现精准反应分析，基于多尺度CFD模拟揭示了颗粒特性与操作参数对流体动力学的控制机制，建立Bm≤0.015的准则以区分非理想流态和理想平推流，并指出不同颗粒系统在床径和静态床高等参数下的适用条件，为标准化设计提供理论依据。

　　

摘要

微流化床反应器（MFBRs）通过抑制气体返混来实现精确的反应分析。利用多尺度计算流体动力学模拟，我们阐明了颗粒特性和操作参数如何控制MFBR的流体动力学行为，并建立了识别塞流状态的定量标准。通过对不同颗粒系统的气体流速、床层直径和静态床层高度进行系统变化，我们从RTD参数相关性中推导出一个无量纲标准（Bm ≤ 0.015），该标准能够有效区分非理想流动特征和理想塞流的单一峰对称性。我们的研究结果表明，Bm标准对非理想流动特性具有很强的敏感性：随着Bm值的减小，RTD的畸变（如尾部现象和多峰现象）得到有效抑制，同时促进了系统向理想塞流的单一峰对称性靠拢。此外，对于Geldart A和B颗粒，当床层直径_t ≤ 15毫米时，通常可以满足塞流条件；而对于大颗粒系统，则需要更严格的直径控制，因为此时壁面效应较为显著。这一机制框架为精确的反应动力学研究提供了标准化的MFBR设计方法。

数据可用性声明

图3、4、6、7、9和10中的数值数据均保存在支持信息中的.zip文件中。图S1展示了微流化床出口处示踪气体浓度随时间的变化情况。在不同操作条件下的气体RTD特性参数列在表S1–S3中。