偏心搅拌反应器内的液相混合行为

利用先进的无干扰流场测试手段——平面激光诱导荧光技术(PLIF),对斜叶桨搅拌反应器内的液相混合过程进行高精度定量可视化。对比了中心搅拌和3种不同偏心率下的偏心搅拌混合行为,引入参数混合均匀度和均匀混合时间定量描述测量平面的示踪剂浓度分布。研究发现,偏心搅拌过程由于破坏了流场的对称性,比中心搅拌能更快达到均匀混合。反应器内局部混合存在差异,偏心搅拌中不同监测点达到均匀混合时间差异较小,体现了偏心搅拌在液相混合中的优势。     

Rh负载的泡沫独石上甲烷部分氧化的基元反应动力学模拟

Rh负载的泡沫独石催化剂上进行的甲烷催化部分氧化反应,能够在自热、毫秒级接触的条件下达到接近平衡的转化率和选择性.采用CH4在Rh催化剂上发生部分氧化反应的基元反应动力学网络结合平推流模型,进行了一维的反应流模拟,揭示了毫秒级催化反应的反应历程.CH4/O2摩尔比在1.7～2.3,外界温度550～800℃的范围内,模拟结果和实验结果能够很好地吻合.模拟不仅给出了催化剂床层内气相和表面物种的变化情况,还揭示了催化剂有效内表面积和甲烷吸附能力对反应的影响,发现一定程度下有效内表面积的增加和甲烷吸附能力的增强,能够大幅度地提高反应的转化率和选择性.     

Rh/MgO/γ-Al2O3上的毫秒级甲烷蒸汽重整过程

采用负载型Rh/MgO/γ-Al2O3催化剂研究了毫秒级甲烷蒸汽重整过程,在水碳比为1和3的条件下,详细考察了反应温度、空速和催化剂Rh含量对反应转化率和选择性的影响。研究结果表明,Rh/MgO/γ-Al2O3催化剂在毫秒级操作条件下具有良好的催化性能,使用5%(质量分数)Rh催化剂,在水碳比3、反应温度1150K、空速641.11 L·(gcat)-1·h-1时,CH4转化率约90%,CO2选择性约20%,毫秒级接触时间反应行为即可接近热力学平衡。高温有利于毫秒级甲烷蒸汽重整过程。     

用于分布式制氢的甲烷蒸汽重整膜反应器的数值模拟

采用反应-分离集成的膜反应器进行分布式制氢,对简化工艺、降低能耗、提升技术经济性至关重要。本文采用数学模型对甲烷蒸汽重整制氢过程膜反应器进行模拟,系统分析了渗透侧操作策略、反应压力、反应温度、钯基膜性能、催化剂性能对反应器行为的影响;并以1m³/h甲烷最大程度转化为目标进行分布式制氢案例分析,详细比较膜反应器技术与“常规反应器+膜分离”工艺技术。结果表明,膜反应器在反应压力30atm（1atm=101325Pa）、反应温度500℃下操作可实现紧凑设计,比“常规反应器+膜分离”工艺技术具有明显优势,但是亟需研发更佳活性（10倍）的钯基膜和催化剂以实现显著的过程强化。模拟结果可为不同规模分布式制氢膜反应器的操作与设计及进一步的性能强化提供指导。     

甲烷催化部分氧化制合成气研究进展

简要介绍了各种正在研究开发中的天然气制合成气技术，催化部分氧化制合成气具有较好的工业化应用前景；从催化部分氧化的热力学、催化剂和反应机理等方面对甲烷催化部分氧化技术的研究状况进行了阐述和分析，并对甲烷催化部分氧化技术今后的研究重点和应用领域进行了展望。     

基于遗传算法的快速X射线计算机层析成像多相流测试技术(Ⅰ)测试原理和数值仿真

针对局部浓度场具有二值分布特征的特定多相流体系，提出引入多相流物理特征的快速X射线计算机层析成像（XCT）技术，基于围绕被测物有限角度的X射线投影数据，建立了改进的遗传算法（GA）求解不完整投影数据集的二值图像重构算法。通过有限角度的同时投影，实现对两相流浓度场的瞬间图像冻结和快速图像采集，既拥有XCT的高空间分辨率特征，同时满足高时间分辨率的动态测量要求，并由于投影角度数要求的大幅度缩减而降低了XCT的硬件成本。以气液两相流的多泡体系为研究对象，通过详细的数值仿真实验获得了较理想的图像重构效果，验证了GA-XCT的理论可行性。在3～24个有限角度投影数据的情况下，GA-XCT表现出明显优于传统CT图像重构算法（即滤波反投影算法）的二值图像重构能力。同时，GA-XCT具有很好的抗噪声能力，而且不依赖于气泡形状。     

微结构反应器气固相催化过程强化的研究与工业化进展

轻烃的气固相催化转化与合成是重要的基础能源化工过程,其苛刻的反应条件与显著的热效应严重影响了反应器生产效率、过程能耗与排放。微结构催化反应器传递性能优越,可兼顾紧凑性与低压降,能在高反应通量下精确调控轻烃气固相催化转化与合成过程,适应日益增长的分布式生产需求。介绍了微结构催化反应器的制造并重点讨论了催化剂-反应器集成方式,以强吸热的甲烷蒸汽重整过程和强放热的甲烷化、乙烷氧化脱氢过程为例,综述了微结构反应器气固催化过程强化的研究与工业化进展,展望了新技术的未来发展方向。     

二维导流管喷动床离散颗粒动力学模拟

采用离散单元法(DEM)-计算流体力学(CFD)双向耦合数值方法对二维导流管喷动床进行了模拟,颗粒的运动通过DEM模型描述,而气体的运动用Navier-Stokes方程进行求解,气体和固体颗粒之间的相互作用通过曳力形式传递。文中将DEM和边界元方法(BEM)结合起来解决颗粒在具有复杂边界设备内的运动。通过采用BEM+DEM-CFD相结合的方法进行模拟计算,得到了喷动床的最小喷动速度,研究了不同表观气速下床内的流型,得到了二维导流管喷动床的床层压降与表观气速的关系,统计分析了喷射区、环隙区内颗粒的运动速度和相应的空隙率,全面地描述了二维导流管喷动床内的气固流动特征。     

Rh负载的整体型催化剂甲烷催化部分氧化过程

采用负载Rh的泡沫独石整体型催化剂研究了甲烷催化部分氧化过程，考察了外界温度、空速和甲烷与氧气进料比例对反应转化率和选择性的影响，并对过程控制条件和调控参数进行了分析。研究结果表明该过程为毫秒级超短接触过程，反应可以在自热条件下进行，高空速条件下（8×10⁵ h^-1），甲烷与氧气进料比（体积比）为1.8，甲烷转过率超过90%，CO选择性接近95%，H₂选择性超过90%。外界加热对过程有利，可获得更高的转化率和选择性。     

氯化法钛白氧化反应器气体错流混合

氧化反应器是氯化法制取钛白粉的关键设备，混合区的流场设计直接影响反应产品TiO₂颗粒的质量（如粒径和粒径分布）.利用无干扰流场测试技术——粒子图像测速仪（PIV）研究了不同气体错流混合区的结构设计对混合区域流场的影响，考察了气流动量比、射流狭缝宽度以及射流角度对混合区流场的影响.结果表明，较大的气流动量比、窄射流狭缝宽度和接近90°的射流能获得更好的混合区速度分布.进一步利用计算流体力学（CFD）手段对相应的流场进行了模拟，与PIV实验结果吻合很好，验证了模型对冷态流动的预测能力.