目前循环流化床反应器已广泛应用于气固非均相催化反应过程中,其中以催化裂化工艺最具代表性。这些反应过程往往希望获得更高的气固接触效率,循环过程需要大量催化剂,催化剂循环性能的好坏直接关系到系统运行稳定与否。立管作为循环中返料系统的核心部分,其稳定性与整个循环流化床的稳定性密切相关。然而,立管在运行过程中可能出现一系列难以预测与控制的不稳定现象,且当前立管的设计与操作大多依靠经验法则。为此,本论文的主要研究任务在实验室现有的循环流化床冷态模拟装置上开展,以立管内的流体流动特性为参考依据,对其稳定性进行了系统的研究,旨在优化立管的设计与操作方法,预防立管内不稳定现象的发生,从而为工业装置的长周期平稳运转提供理论支撑及操作指导。首先对立管运行过程中可能出现的不稳定现象进行了深入研究,分别从振动强度、颗粒输送、压力分布、颗粒浓度等方面对这些现象进行了特征描述。研究发现,稀相流化多发生在立管运行初期或入口约束较大时,此时颗粒循环速率、颗粒浓度及管内压力均很低,立管底部无法形成料封,气体倒窜严重;立管内气体压缩导致了失流化现象,床层进入填充床或过渡填充床等非流化床流动时,颗粒间及颗粒与管壁间强烈的相互作用力产生了较大的压损,使压力分布发生异常的转折,降低了循环推动力,使排料受阻且伴随着剧烈的机械振动;过度流化的立管内多种流态共存且流态间不断发生稀相与密相、流化与非流化的转化,造成了振动强度、循环量、压力分布及颗粒浓度的震荡。为实现立管内密相流化床稳定流动的目标,采用了松动气调节的方法。研究表明,松动气能有效降低颗粒浓度,防止失流化现象的发生,同时增强气固相互作用,减弱颗粒间及颗粒与管壁间的强作用力,减少压力损失,从而增大了颗粒循环速率;但是单股松动气的作用范围有限,所以采用多股通气的方式,以充分发挥协同作用,进一步强化松动气防止失流化及增压的作用,进而减少引发振动的因素,减弱振动的剧烈程度。研究结果表明,循环流化床反应器中的立管可以实现稳定流动,且各方面性能都有较大的提升空间,松动气的调节方法需要进一步完善。在对松动气通入方式进行优化时发现,通气密度自下而上逐渐降低时,松动气股数越多,立管性能的提升幅度越大。根据不同方案的结果归纳出了理想的通气方式,即通气股数无限多,每股气量无限小且密度自下而上逐渐降低;但实际操作时只需达到生产要求即可。本实验中,装置采用通八股气、通气间距向上递增的方案时运行状态最佳,适宜的气速范围是0.78~1.14 cm/s。为排除外界因素对操作的干扰,实现装置的长周期稳定运转,提出了一种实时监测调控的方法,即对立管顶部进行流动状态实时监测,将实时波动情况与事先采集的不同状态下的波形进行比对,从而根据实际状态增减气量以维持稳定流动。