本文以费托合成和甲醇合成过程为背景,对复合式反应器浆态床段内气体和液体停留时间分布以及流体流动特征等进行了研究。针对工业浆态床反应器中存在的问题,结合复合式反应器的特点,提出了一种新型锐孔气体分布器和一种带内外循环的浆态床反应器结构及内置多孔过滤元件,建立了相应的冷模实验装置,从流体流动特征和气液容积传质系数两方面对其性能进行了评价。 1.测定了复合式反应器内浆态床段的气体和液体停留时间分布,考察了液相介质以及表观气速、静态液位、液体循环量和固含率等参数对气、液停留时间分布的影响。 2.对复合式反应器浆态床段流体流动特征进行了实验研究,结果表明,在距离下降管出口以上30mm添加孔径为3mm的筛板,能够明显地改善气液流动,添加筛板后,气含率增加5％～10％,最大气泡直径减小5～15mm,平均气泡直径减小3～10mm,气体平均停留时间增加1～2秒,气体返混程度减小。在相同尺寸及结构的热态实验装置中,添加该筛板后,甲醇产率提高3.05 t/(m3·d),出口甲醇浓度提高2.01％。 3.提出了一种新型锐孔气体分布器。通过理论分析和冷模实验研究两个层面探讨了该气体分布器的布气效果,从气泡受力状况分析了该气体分布器初始气泡的形成。结果表明,该分布器适宜的操作条件为表观气速高于12cm/s。 4.提出了一种带内外循环的浆态床反应器结构,内置多孔过滤元件。在冷模装置上考察了该反应器内的流体流动特征。实验结果表明,添加多孔过滤元件,固体轴向悬浮均匀程度提高10％～20％；利用内外循环的协同作用,固体轴向悬浮均匀程度提高20％～30％,床层底部压降减少约20％。同时,基于多等级气泡模型,利用动态气体消失法获得了反应器内气含率的分布及气泡行为。 5.对带内外循环的浆态床反应器内气液传质性能进行了实验研究,考察了三种气体分布器结构以及操作参数对气液容积传质系数的影响。结果表明,增加浆液循环量有利于气液传质,表观气速对气液容积传质系数影响较大,在主体区,与多孔板相比,当ug>15cm/s时,新型分布器传质系数高20％～30％。