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世界原油呈现出重质化与劣质化的趋势,重油轻质化愈发重要。重油悬浮床加氢工艺作为重油轻质化的重要工艺,对于我国石油加工行业来说具有重要的地位。气升式环流反应器是在鼓泡床反应器的基础上发展而来的多相反应器,增加了导流筒,与鼓泡床反应器相比,具有更好的传质特性,环流液速较高,气含率分布较均匀,被广泛地应用于生物工程、化学工程、水处理和冶金等工业领域。气泡特性描述是决定环流反应器模型准确性的重要影响因素。迄今为止,大多数研究都基于均一气泡尺寸来进行模拟计算,如何获取反应器内气泡的尺寸及其分布规律并研究气泡特性对反应器性能的影响仍是一个难题。因此,有必要建立不同的气泡模型来对气升式环流反应器做进一步的研究。论文主要工作如下:(1)建立并验证单气泡气升式环流反应器数学模型。采用Euler-Euler双流体方法,建立气液两相流体湍流数学模型。研究了不同表观气速下(0.01-0.075 m/s)反应器内气含率和液速的变化情况,并与实验数据进行对比,验证模型准确性。然后,分别采用Pressure-outlet边界和Degassing边界条件进行计算模拟,曳力系数模型分别采用Schiller-Naumann、Grace模型和Tomiyama模型,比较不同边界条件和曳力模型对气含率及液体速度分布的预测结果。结果表明,Degassing边界和Tomiyama曳力模型可以得到与实验数据更加吻合的模拟结果。(2)建立了气升式环流反应器的双气泡模型(大气泡、小气泡)和PBM群体平衡模型,并与单气泡模型的模拟结果比较。详细考察了在均匀鼓泡区和非均匀鼓泡区中大气泡气含率、小气泡气含率、液速和气泡尺寸的分布情况和变化规律,分析了气泡尺寸对流体力学特性的影响。通过对比模拟结果得到更优的气泡模型,并对新的反应器模型进行建模,验证气泡模型影响结论的准确性。结果表明,双气泡模型和PBM模型相比单气泡模型可以更好的描述反应器内气泡的实际分布情况,尤其对于下降管中的气含率,双气泡模型和PBM模型的模拟结果明显更贴近于实验值。(3)详细考察了几何结构和操作条件对气升式环流反应器流体力学特性的影响。具体为:不同初始液位高度、不同导流筒直径、不同气相入口面积时反应器内整体气含率、局部气含率和液速的分布情况以及变化规律。然后,根据反应器放大的一般原则将反应器等比例放大1.5倍、2倍,研究了环流反应器的放大规律。