高通量催化精馏填料的停留时间分布研究

介绍了高通量催化精馏规整填料(HCCP),是一种模块化催化精馏规整填料。停留时间分布(RTD)是催化精馏填料的重要性能参数,同时影响着填料的分离效果和塔内化学反应的进行,着重研究了高通量催化精馏填料的RTD问题。实验在内径为400 mm的冷模塔内进行,常温常压下以空气-水为介质,氯化钠水溶液作为示踪剂,通过脉冲注入的扰动-响应技术获得RTD曲线。采用轴向扩散模型分析RTD曲线,可得出模型参数彼克列数PeL及填料的持液量、轴向扩散因子Dax。结果表明,该填料内的返混现象较轻微。分析计算的结果即可用于填料性能的评价,为填料的进一步改进提供理论基础;也可用于催化精馏塔的设计和优化。     

芳烃抽提模拟与改造

河北新启元能源技术开发公司环丁砜抽提装置改造的设计特点是在该装置原有设备不变的条件下,原料由催化重整产品改为加氢焦化粗苯产品与芳构化产品混合物料,同时提高原有装置生产能力,降低单位能耗。改造具体方法为增加抽余油循环管线,以适应原料的变化,同时将抽提塔、溶剂回收塔和苯塔由板式塔改造为高效填料塔,用来提高生产效率,降低能耗。改造前先采用PRO/Ⅱ工程模拟软件对流程进行全流程模拟,得到可靠数据结果后进行实际改造。改造于2013年10月30日完工,现已投产使用,实际运行数据表明,改造后流程生产能力由原产9 t/h纯苯提高到13 t/h纯苯,单位产品能耗由1.74 MW/t降到1.27 MW/t,产品各项指标均达到设计要求。由此证明PRO/Ⅱ模拟结果真实可靠,芳烃抽提改造后提高生产效率的同时降低了能耗,改造是成功的。     

气相扰动下高效萃取填料的开发及性能研究

针对气液液三相萃取,开发出一种新型高效开窗导流式规整填料,该填料片是在板波纹规整填料片的波峰、波谷处开设导流窗口,从而增加气相的流通空间和扰动频率,进而增加液滴的破碎-聚并频率。实验测定了新型填料的流体力学性能及传质性能。实验结果表明:随气相速度的增加,填料的液泛速度降低,传质单元高度先减小后增加。新型开窗导流式规整填料可有效提高分散相的滴膜交替流动频率,增加传质效果,在相同的操作条件下,新型规整填料的流体力学效果和传质效果较超级扁环填料平均提高11%和44.7%。     

直接接触冷凝器中流动及传热特性

利用SV型和SK型静态混合器,并以粉末烧结的微孔钛曝气器为气体分布器,开发出一种新型直接接触冷凝器。在空气-水和水蒸气-水体系中测试并比较2种新型直接接触冷凝器的流体力学性能及冷凝传热性能。结果表明:装有SV型静态混合器的新型直接接触冷凝器较装有SK型静态混合器的新型冷凝器对水蒸气的分布更加均匀,具有更好的吸收效果,钛曝气器的利用可有效提高换热效率,并降低水蒸气冷凝所引起的振动与噪声。     

新型多晶硅还原炉底盘流动与传热的数值模拟

多晶硅还原炉的底盘取热结构对降低能耗有很大影响,提出了一种新型的多晶硅还原炉底盘均匀取热结构,并就其温度均匀性、冷却效果与传统底盘结构进行比较。该新型底盘结构由中间隔板分为2层,并在隔板上安装电极位置的孔周围焊接竖直环隙。冷却水由隔板下层的冷却水进口进入底盘并流经各电极周围的环隙进入隔板上层的还原炉底盘上底板实现均匀取热。与传统多晶硅还原炉底盘结构相比,该结构克服了传统结构下底盘取热不均匀的问题。就新型底盘取热结构中的单棒环隙结构进行模拟优化。重点考察环隙上焊接挡板的厚度、宽度及数量对冷却效果的影响。300 K的冷却水做工作介质,底盘材料用不锈钢。模拟后得到的单棒环隙结构的最适宜结果为竖直环隙挡板厚度1 mm,挡板宽度1 mm,挡板间距10 mm;水平环面挡板厚度1 mm,挡板宽度1 mm,挡板间距10 mm;换热效果较传统底盘提高32%,温度均匀性提高54%。     

节能技术在三氯硅烷精馏提纯工艺中的应用

The trichlorosilane (TCS) purification process consumes a significant amount of energy to achieve the high purity requirement for TCS quality (99.9999%). This work proposed a series of energy saving technology to enhance the TCS purification process, including the conventional process, the conventional process coupled with heat-pump (HP), the multi-effect distillation process, and the dividing-wall columns process. All proposed schemes have been conceptually constructed by Aspen Plus. The design and optimization of the processes have been performed by the sensitivity analysis and the response surface methodology. Moreover, the energy consumption and total annual cost (TAC) for these schemes were discussed. The simulation results show that the TAC of the conventional process coupled with the integrated heat pump can reduce 50.5% of energy consumption as compared with the conventional process; the double-effect and three-effect processes can save 15.6% and 33.8% of energy consumption, respectively; the dividing wall column process and that coupled with the heat pump process can reduce by 22.3% and 48.1% of energy consumption, respectively. It can be found that the operating cost can be saved by using the heat pump technology, while the capital cost increases due to the investment in the compressor, when the processes coupled with the heat pump are used. These results demonstrate that the conventional process coupled with the HP technology has advantages over other distillation schemes for TCS purification in terms of the energy saving and economic effects.     

基于重置温度方法的双参数介尺度气固传热模型构建

颗粒聚团等介尺度结构在气固两相流中普遍存在,这些介尺度非均匀结构直接影响气固流动特性及气固接触效率,进而影响气固相间传热、传质及化学反应过程。在更适合工业大尺度气固传热模拟的粗网格方法中缺乏准确度高、简单易用且可以考虑介尺度非均匀结构影响的传热模型。采用计算流体力学-离散单元法（CFD-DEM）研究了气固两相流相间传热,为了保证气固相间持续传热,采用了两种维持气固相间传热温差的方法,并讨论了两种方法的优缺点。方法一：给气相能量方程添加热源项;方法二：每间隔一段时间重置气相温度,重置温度后气固两相自由传热,两种方法中均保持固相温度不变。结果表明聚团界面位置的局部单位体积气固传热量最大,重置温度方法在稀相和界面位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比大于热源项方法,而在浓相位置的局部单位体积传热量与总单位体积传热量之比小于热源项方法。通过过滤CFD-DEM计算数据,为重置温度方法构建了双参数（过滤固含率、过滤尺度）传热系数修正因子模型,通过先验分析评价了模型的表现,研究表明所构建模型在过滤网格尺度为5~40倍颗粒直径范围内优于文献中已有的双参数模型。     

一种新型多晶硅还原炉流动与传热的数值模拟

在传统多晶硅还原炉结构基础上,提出了一种内部流场为平推式流动的新型多晶硅还原炉,并采用计算流体力学方法研究了该还原炉内的速度场和温度场。流场模拟结果表明,新型多晶硅还原炉内混合气的流动基本上实现了平推式流动;温度场模拟结果发现,通过改变操作参数,采用平推式流动可实现炉内温度场的控制,解决了传统还原炉局部温度过高的问题,可避免硅粉的产生,长期保持还原炉内壁面的抛光效果,降低还原炉辐射电耗;计算结果表明,在相同的条件下,采用新型多晶硅还原炉的还原电耗较传统还原炉可降低8.5%。     

T型微混合器内液相混合的数值模拟

T型混合器是微尺度条件下探索传递现象的理想模型,通过CFD方法对其内部流体力学性能及混合特征进行研究分析。首先,通过对不同Re数下T型微反应器内混合状态的模拟及分析,验证该方法对T型结构混合的可靠性;其次,通过对T型微反应器内流动形态的分析,发现涡结构的产生能够强化混合过程,并提出一种能产生强化混合的涡结构的新型T型反应器的设计理念;最后,对影响新型混合器的不同结构参数进行模拟并分析,得到该设计理念下的最优结构,并对该结构进行进一步分析,发现该结构能够扭曲混合界面以增大接触面积,从而强化混合效果。