催化精餾技術(shù)是在同一設(shè)備中將催化反應(yīng)與精餾分離有機地結(jié)合在一起,提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與選擇性,降低了設(shè)備能耗,節(jié)省了設(shè)備的投資,是具有良好發(fā)展前景的過程強化技術(shù)。催化填料是催化精餾過程的核心部件,在催化填料中存在傳質(zhì)與反應(yīng)兩個過程,這使得整個催化精餾過程變得尤為復(fù)雜。而且催化填料是一個復(fù)雜的多尺度多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu),在催化劑層上由催化劑顆粒堆積組成的較大尺度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu),在催化劑顆粒內(nèi)由孔隙結(jié)構(gòu)組成一個較小尺度的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)。在本文中,以提高催化劑性能為目的,本文對催化填料的傳質(zhì)過程展開多尺度研究,將催化劑顆粒堆積形成的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)作為本課題的宏觀尺度,催化劑顆粒內(nèi)的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)作為本課題的微觀尺度,采用格子Boltzmann方法研究這兩個尺度上的傳質(zhì)行為。在宏觀尺度上,本課題開發(fā)了一種格子Boltzmann模型來研究催化劑層內(nèi)的傳質(zhì)行為,并計算了催化劑顆粒組成的多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的縱向彌散系數(shù)。研究結(jié)果表明,該尺度下的傳質(zhì)行為主要劃分為三類。它們分別是機械彌散項、邊界層彌散項和持液量彌散項,其中邊界層彌散項和持液量彌散項也可表示為非機械彌散項。研究發(fā)現(xiàn),在高Peclet數(shù)下,非機械彌散項對傳質(zhì)的影響大于機械彌散項。并且顆粒的內(nèi)擴散系數(shù)對催化劑層傳質(zhì)有很大影響。同時建立了縱向彌散系數(shù)的擬合關(guān)聯(lián)式,該關(guān)聯(lián)式在較大的孔隙率范圍(0.3～0.7)內(nèi)均適用。在微觀尺度上,本文對催化劑顆粒內(nèi)的傳質(zhì)過程展開研究。樹脂催化劑在催化精餾過程中應(yīng)用最為廣泛。樹脂催化劑顆粒內(nèi)主要存在兩種傳質(zhì)行為,它們分別是孔道擴散與表面擴散�？椎罃U散主要存在于較大的孔中如大孔或介孔,而受比表面積的影響的表面擴散主要存在微孔中。本文分析了工業(yè)上運用較多的商用樹脂催化劑,結(jié)果表明樹脂催化劑的內(nèi)部僅存在大孔與介孔的梯級孔結(jié)構(gòu),所以孔道擴散為樹脂催化劑的主要傳質(zhì)行為。通過對孔道擴散的研究發(fā)現(xiàn),不同孔隙率下介孔數(shù)量對傳質(zhì)的影響是不同的,大孔孔徑與介孔孔徑的比值對傳質(zhì)性能的影響存在優(yōu)化值,孔的生長方向?qū)Υ呋瘎﹤髻|(zhì)性能起到較大的影響。
【學(xué)位單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ028.13
【部分圖文】：

圖１－１催化填料的多尺度結(jié)構(gòu)示意圖??

?催化精餾過程中多孔介質(zhì)內(nèi)傳質(zhì)特性的多尺度研究???性的主要參數(shù)，即孔隙生長方向、總孔隙率（＆）、大孔與介孔孔徑比值??和大孔與介孔孔隙率的比值指導(dǎo)催化樹脂的合成。研究內(nèi)容的思維??導(dǎo)圖請詳見圖１－３。??通過上述分析，本課題將通過以下三步進行：??１）構(gòu)建催化劑顆粒隨機堆積的宏觀尺度與催化劑顆粒內(nèi)的微觀尺度的物理結(jié)??構(gòu)模型；??２）建立宏觀尺度的數(shù)學(xué)模型，研宂催化劑層的傳質(zhì)性能；??３）建立孔隙尺度的數(shù)學(xué)模型，研宄催化劑顆粒內(nèi)的傳質(zhì)性能；??

??本文以Ｄ２Ｑ９速度離散模型為例，簡要介紹權(quán)重系數(shù)的推導(dǎo)過程（關(guān)于Ｄ２Ｑ９??速度離散模型的示意圖請詳見圖２．１）。Ｄ２Ｑ９的其表達式為：，??１１??
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本文編號：2874026