發(fā)布時(shí)間：2017-08-04 16:05

  本文關(guān)鍵詞：固定床催化反應(yīng)器的數(shù)值模擬研究

  更多相關(guān)文章： 固定床 氣相催化反應(yīng) 停留時(shí)間分布 數(shù)值模擬

【摘要】：固定床反應(yīng)器(填充床反應(yīng)器)是在化工過(guò)程中常見的反應(yīng)器,是指在反應(yīng)器中填充固體催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的一種形式。在該類反應(yīng)器的條件中釜內(nèi)流經(jīng)流體與催化劑間可進(jìn)行有效的相面接觸,具有較高的效率。反應(yīng)時(shí)間是表征化學(xué)反應(yīng)的重要參數(shù)之一,完全反應(yīng)所需的時(shí)間對(duì)此反應(yīng)的效率以及進(jìn)行程度均有影響；而對(duì)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器而言有不同的停留時(shí)間及分布。對(duì)于具有一定反應(yīng)速率的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō),反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間的匹配程度十分重要。若二者尺度相近,物料自進(jìn)入反應(yīng)器到流出反應(yīng)器的時(shí)間內(nèi)剛好反應(yīng)完全,即為最優(yōu)狀態(tài),此時(shí)化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到峰值。本文采用數(shù)值模擬的手段對(duì)八種不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的流場(chǎng)性能表現(xiàn),分別對(duì)不同進(jìn)料管長(zhǎng)度、出口位置、內(nèi)構(gòu)件形式的流場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)計(jì)算。通過(guò)穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析得出反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)分布情況,并在此基礎(chǔ)上加入定量示蹤劑進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算,從而得出停留時(shí)間分布曲線以及停留時(shí)間分布密度曲線。結(jié)果表明,進(jìn)料管長(zhǎng)度為2.6 m的反應(yīng)器效果優(yōu)于長(zhǎng)度為3.6 m的反應(yīng)器,反應(yīng)器簡(jiǎn)單依靠增加反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件(如氣相分布器)對(duì)流場(chǎng)有一定影響但不明顯,但若將反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式改為管式反應(yīng)器,則反應(yīng)物的停留時(shí)間分布明顯優(yōu)于其他幾種,而物料出口設(shè)置在釜底更具有相對(duì)較好的性能。在反應(yīng)器流場(chǎng)性能研究的基礎(chǔ)之上,還對(duì)三種類型的在不同反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及進(jìn)料條件的條件下的表現(xiàn)進(jìn)行了研究。研究中選用的三種化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)速率相差較大,活化能不同：甲烷氧化反應(yīng)(高活化能慢反應(yīng))、乙醇燃燒反應(yīng)(高活化能快反應(yīng))、脫硝反應(yīng)(低活化能快反應(yīng))。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器之間的停留時(shí)間差距較大。相同時(shí)間內(nèi),列管式固定床反應(yīng)器的停留時(shí)間最短,示蹤劑流出比例占總量的53.2%,而停留時(shí)間最長(zhǎng)的改進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器示蹤劑流出比例占總量的33.2%。選用的兩種結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中甲烷氧化反應(yīng)的完成程度都十分低。對(duì)于乙醇燃燒反應(yīng)來(lái)說(shuō),帶分布器的反應(yīng)器中乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)60%,效果更好。而對(duì)SCR脫硝反應(yīng),列管式反應(yīng)器中一氧化氮轉(zhuǎn)化率接近90%,表現(xiàn)更優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：固定床 氣相催化反應(yīng) 停留時(shí)間分布 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ052
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符號(hào)說(shuō)明14-15
• 第一章 文獻(xiàn)綜述15-29
• 1.1 固定床催化反應(yīng)器的背景及應(yīng)用15-16
• 1.1.1 固定床催化反應(yīng)器的背景15
• 1.1.2 氣固相催化反應(yīng)器的應(yīng)用15-16
• 1.2 固定床催化反應(yīng)器流體力學(xué)特性16-18
• 1.2.1 流場(chǎng)形態(tài)16
• 1.2.2 停留時(shí)間16-17
• 1.2.3 空速17-18
• 1.3 固定床催化反應(yīng)器的CFD模擬研究進(jìn)展18-22
• 1.3.1 數(shù)值模擬方法19-20
• 1.3.2 反應(yīng)器的分析方法20-21
• 1.3.3 反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間21
• 1.3.4 固定床反應(yīng)器的CFD數(shù)值模擬進(jìn)展21-22
• 1.4 幾種氣相反應(yīng)的研究背景與進(jìn)展22-28
• 1.4.1 氣相反應(yīng)研究背景及動(dòng)力學(xué)模型22-24
• 1.4.2 氣相反應(yīng)的相關(guān)研究進(jìn)展24-28
• 1.5 小結(jié)28-29
• 第二章 CFD數(shù)值模擬方法及模型29-37
• 2.1 CFD數(shù)值模擬流程29
• 2.2 模擬方法及基本控制方程29-32
• 2.2.1 基本控制方程29-30
• 2.2.2 模擬方法30-31
• 2.2.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證31-32
• 2.3 湍流模型32-33
• 2.4 停留時(shí)間的模擬方法33
• 2.5 有限速率化學(xué)反應(yīng)的模擬方法33-37
• 2.5.1 層流有限速率模型33-34
• 2.5.2 渦耗散模型34
• 2.5.3 LES的渦耗散模型34-35
• 2.5.4 渦-耗散-概念(EDC)模型35-37
• 第三章 不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣相反應(yīng)器的CFD數(shù)值模擬37-67
• 3.1 不同進(jìn)料管結(jié)構(gòu)39-46
• 3.1.1 速度云圖與分析39-42
• 3.1.2 流場(chǎng)矢量圖42-44
• 3.1.3 停留時(shí)間分布44-46
• 3.1.4 小結(jié)46
• 3.2 改進(jìn)出口結(jié)構(gòu)46-52
• 3.2.1 速度云圖與分析47-49
• 3.2.2 流場(chǎng)矢量圖49-50
• 3.2.3 停留時(shí)間分布50-51
• 3.2.4 小結(jié)51-52
• 3.3 不同內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)52-57
• 3.3.1 速度云圖與分析52-54
• 3.3.2 流場(chǎng)矢量圖54-56
• 3.3.3 停留時(shí)間分布56-57
• 3.3.4 小結(jié)57
• 3.4 管式反應(yīng)器57-64
• 3.4.1 速度云圖與分析58-61
• 3.4.2 流場(chǎng)矢量圖61-63
• 3.4.3 停留時(shí)間分布63-64
• 3.4.4 小結(jié)64
• 3.5 總結(jié)64-67
• 第四章 氣相反應(yīng)器內(nèi)氣相催化反應(yīng)的數(shù)值模擬研究67-95
• 4.1 甲烷氧化反應(yīng)67-76
• 4.1.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響68-71
• 4.1.2 進(jìn)料條件對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響71-75
• 4.1.3 小結(jié)75-76
• 4.2 乙醇燃燒反應(yīng)76-85
• 4.2.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響77-79
• 4.2.2 進(jìn)料條件對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響79-84
• 4.2.3 小結(jié)84-85
• 4.3 SCR脫硝反應(yīng)85-92
• 4.3.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響86-87
• 4.3.2 進(jìn)料條件對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響87-91
• 4.3.3 小結(jié)91-92
• 4.4 總結(jié)92-95
• 第五章 主要結(jié)論及展望95-97
• 5.1 主要結(jié)論95
• 5.2 展望95-97
• 參考文獻(xiàn)97-101
• 致謝101-103
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介103-104
• 附件104-105

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