【摘要】：本論文以某工程公司褐煤直接液化小試反應器(D=0.101m,H=4.04m)為研究對象,搭建冷模試驗裝置,對反應器內多相流動特性進行試驗研究。同時使用CFD商業(yè)模擬軟件,對液化反應器內高溫高壓條件下氣-漿等溫流場及化學反應進行數(shù)值模擬,開發(fā)漿態(tài)加氫煤液化反應器內多相流動與反應耦合計算模型。主要研究內容及結論如下：(1)搭建有機玻璃冷模試驗裝置,分別以空氣、水／石蠟油為氣、液相,以玻璃珠為固相,對反應器內氣泡特征、平均氣含率和液相速度等流體動力學參數(shù)進行測量,考察了表觀氣液速度、反應器高徑比(H/D)及固體顆粒濃度對各流動特性的影響。結果顯示,在氣-液／氣-液-固多相體系中,低表觀氣速條件下(2cm/s),氣泡多為球形或橢球形小氣泡,且均勻分布于反應器內,流動呈現(xiàn)均勻鼓泡流特征；表觀氣速大小是平均氣含率的主要決定因素,氣速低氣含率也較低,反之亦然；表觀液速和H/D的影響幾乎可忽略。固體顆粒的加入使相同氣速下平均氣含率下降,且主要由小氣泡氣含率的下降引起。軸向液速的徑向分布同樣受表觀氣速的影響較大,氣速較低時(1cm/s),軸向液速徑向分布均勻,表觀液速、H/D和測點高度對液速徑向分布也存在一定程度的影響�；谏鲜鲈囼灲Y果可推測得到,在本文研究的小試操作條件下,Ug=0.4cm/s, U1=0.042cm/s,液化反應器內流動為均勻鼓泡流,氣泡尺寸小且分布均勻,反應器內平均氣含率低,軸向液速沿徑向分布均勻。(2)將反應器內氣-液-固三相簡化為氣-漿兩相,使用Fluent 14.0商業(yè)軟件內置的Euler雙流體模型,進行三維瞬態(tài)模擬,預測分析高溫高壓條件下氣-漿等溫流場特征。結果顯示,反應器內總體氣含率較低,約為0.0165；反應器底部漿液湍動劇烈,利于物料的充分混合,但在反應器壁面附近漿液存在顯著的返混；漿液在反應器內的平均停留時間約70min,與液化反應所需時間匹配。(3)根據(jù)劉銘的高壓釜褐煤液化試驗(T=430℃,P=10 MPa)測量數(shù)據(jù),建立了液化反應動力學模型,使用Matlab最小二乘曲線擬合方法,獲得了褐煤在上述溫度和壓力條件下的液化反應速率常數(shù)。通過用戶自定義函數(shù)(UDF)編譯將動力學參數(shù)導入Fluent 14.0,對反應器內流動和反應過程耦合求解。結果顯示,反應器出口處煤的轉化率約為90.83%,油氣(OG)的產(chǎn)率為64.67%,與小試裝置七天重復試驗結果較吻合。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ529.1

【參考文獻】

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2 呂術森,陳雪莉,于廣鎖,于遵宏;應用電導探針測定鼓泡塔內氣泡參數(shù)[J];化學反應工程與工藝;2003年04期

相關博士學位論文 前1條

1 王鐵峰;氣液（漿）反應器流體力學行為的實驗研究和數(shù)值模擬[D];清華大學;2004年

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本文編號：2605879