催化精餾技術是在同一設備中將催化反應與精餾分離有機地結合在一起,提高了反應的轉化率與選擇性,降低了設備能耗,節(jié)省了設備的投資,是具有良好發(fā)展前景的過程強化技術。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與反應兩個過程,這使得整個催化精餾過程變得尤為復雜。而且催化填料是一個復雜的多尺度多孔介質結構,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結構,在催化劑顆粒內(nèi)由孔隙結構組成一個較小尺度的多孔介質結構。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過程展開多尺度研究,將催化劑顆粒堆積形成的多孔介質結構作為本課題的宏觀尺度,催化劑顆粒內(nèi)的多孔介質結構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)的傳質行為,并計算了催化劑顆粒組成的多孔介質結構內(nèi)的縱向彌散系數(shù)。研究結果表明,該尺度下的傳質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)對催化劑層傳質有很大影響。同時建立了縱向彌散系數(shù)的擬合關聯(lián)式,該關聯(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)的傳質過程展開研究。樹脂催化劑在催化精餾過程中應用最為廣泛。樹脂催化劑顆粒內(nèi)主要存在兩種傳質行為,它們分別是孔道擴散與表面擴散。孔道擴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構,所以孔道擴散為樹脂催化劑的主要傳質行為。通過對孔道擴散的研究發(fā)現(xiàn),不同孔隙率下介孔數(shù)量對傳質的影響是不同的,大孔孔徑與介孔孔徑的比值對傳質性能的影響存在優(yōu)化值,孔的生長方向對催化劑傳質性能起到較大的影響。
【學位單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ028.13
【部分圖文】：

圖１－１催化填料的多尺度結構示意圖??

?催化精餾過程中多孔介質內(nèi)傳質特性的多尺度研究???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催化樹脂的合成。研究內(nèi)容的思維??導圖請詳見圖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??構模型；??２）建立宏觀尺度的數(shù)學模型，研宂催化劑層的傳質性能；??３）建立孔隙尺度的數(shù)學模型，研宄催化劑顆粒內(nèi)的傳質性能；??

??本文以Ｄ２Ｑ９速度離散模型為例，簡要介紹權重系數(shù)的推導過程（關于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