本文關(guān)鍵詞： 催化精餾 計算流體力學(xué) 模塊化催化規(guī)整填料 平均停留時間分布　出處：《天津大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文開發(fā)了一種基于Winpak#174;的新型模塊化催化規(guī)整填料Winpak-C,并采用理論模擬與實驗驗證相結(jié)合的方法對其進行了系統(tǒng)地研究,包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定、填料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、流動與傳質(zhì)機理的探究等。最終利用研究成果指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn),成功實現(xiàn)了Winpak-C在多個工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用,顯著提高了催化精餾塔的效率。本文第二部分先對Winpak-C-500X-2-2、Winpak-C-250X-3-2和催化劑捆包這三種填料進行對比,測試了其直徑、盤高、比表面積、空隙率、裝填系數(shù)、干塔壓降、濕塔壓降、靜持液量、動持液量、載點氣速等參數(shù)。通過這些參數(shù),提出了基于填料物理性質(zhì)的濕塔壓降修正模型,與實驗結(jié)果相比符合程度較好。此外,還使用了文獻中的模型對持液量進行擬合,與經(jīng)驗公式擬合值相比,模型的普適性更高,而經(jīng)驗公式的精度更高。本文第三部分對Winpak-C的干塔壓降進行優(yōu)化,借助Solidworks、Gambit、Fluent、Tecplot 360等一系列前中后處理軟件,將Winpak-C的壓降分為六種貢獻機理。通過分析相鄰填料盤之間的氣速和氣體流形,將下層填料盤的反應(yīng)元件高度降低,為氣體提供過渡區(qū)域,使氣體流線變得比較平緩。將所提出的壓降貢獻模型以及優(yōu)化方案進行實驗驗證,符合程度較好。在進行濕塔壓降實驗和其他物系模擬時,也得到比較理想的結(jié)果。此外,對優(yōu)化前后的阻力損失系數(shù)與反應(yīng)元件降低高度進行擬合,得到了總阻力損失系數(shù)與雷諾數(shù)、填料盤高、反應(yīng)元件降低高度的關(guān)聯(lián)式。也討論了實際工程應(yīng)用時,降低高度、壓降減少與固定投資、操作費用的選擇問題。本文第四部分是關(guān)于第二部分中三種填料的平均停留時間分布實驗,通過脈沖法示蹤、電導(dǎo)儀記錄的方法,對三種填料的RTD進行研究。從平均停留時間、無因次方差、偏度等方面評價三者,并比較了重力排水法和RTD計算法兩種方法所得的持液量。根據(jù)RTD曲線以及軸向擴散模型,計算出三種填料的Peclet數(shù)與軸向擴散系數(shù)。本文第五部分比較了六種反應(yīng)元件的軸向擴散與徑向擴散能力,通過設(shè)計一套實驗裝置,借助電導(dǎo)儀對示蹤劑進行記錄,得到了一系列RTD曲線。從這些曲線中計算出這六種反應(yīng)元件的平均停留時間、無因次方差、偏度、軸向擴散系數(shù)與徑向擴散系數(shù),同時對它們進行評價。
[Abstract]:In this paper, a novel modular catalytic regularization filler Winpak-C- based on Winpak #174; is developed, and the method of theoretical simulation and experimental verification is used to study it systematically, including the determination of basic data, the optimization of packing structure. Research on the mechanism of flow and mass transfer, etc. Finally, the application of Winpak-C in many industrial processes has been successfully realized by using the research results to guide industrial production. In the second part of this paper, we compare Winpak-C-500X-2-2n Winpak-C-250X-3-2 with catalyst bundles, and measure its diameter, plate height, specific surface area, porosity, filling coefficient, dry column pressure drop and wet column pressure drop. The parameters of static liquid holdup, moving liquid holdup and gas velocity of carrier point are discussed. Based on these parameters, a modified model of wet tower pressure drop based on the physical properties of packing is proposed, which is in good agreement with the experimental results. The model in literature is also used to fit the liquid holdup. Compared with the fitting value of empirical formula, the model has higher universality and higher precision. The third part of this paper optimizes the pressure drop of dry tower of Winpak-C. The pressure drop of Winpak-C is divided into six contributing mechanisms by means of a series of pre-and post-processing software such as SolidworksGambitt Fluent.Through analyzing the gas velocity and gas manifold between adjacent packing plates, the reaction element height of the lower packing plate is reduced to provide a transition region for the gas. The proposed contribution model of pressure drop and the optimized scheme are verified by experiments, which are in good agreement with each other. The results are also satisfactory when the wet column pressure drop experiment is carried out and other material systems are simulated. By fitting the coefficient of resistance loss before and after optimization with the height of reaction element, the correlation between the coefficient of total resistance loss and Reynolds number, the height of packing plate and the height of reaction element is obtained. Reduction of pressure drop, fixed investment and selection of operating expenses. Part 4th is about the experiment of average residence time distribution of three kinds of fillers in the second part, which is recorded by pulse tracer and conductance meter. The RTD of three fillers was studied. The average residence time, dimensionless variance and deviation were evaluated. The liquid holdup obtained by gravity drainage method and RTD calculation method was compared. According to the RTD curve and the axial diffusion model, The Peclet number and axial diffusion coefficient of three kinds of fillers are calculated. The axial and radial diffusivity of six kinds of reaction elements are compared in the 5th part of this paper. By designing a set of experimental device, the tracer can be recorded by means of conductance meter. A series of RTD curves are obtained from which the mean residence time dimensionless variance deviation axial diffusion coefficient and radial diffusion coefficient of the six kinds of reaction elements are calculated and evaluated.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ050.45

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本文編號：1525945