浆态床合成气制二甲醚反应器数学模拟

建立了包括液相返混和催化剂颗粒沉降的合成气一步法制二甲醚浆态床反应器的数学模型,模拟计算了空速、原料气组成、反应温度、反应压力等反应条件对反应的影响。计算结果表明,CO转化率和二甲醚的选择性随温度增加、压力增大而提高,在一定温度、压力条件下,CO转化率随空速增大而减小,合成气含有一定量的CO2有利于CO转化率增加。     

湍动浆态床流体力学研究（Ⅰ）气含率及其分布规律

对高气速、高固含率、大塔径条件下的湍动浆态床平均气含率和气含率径向分布进行了实验测定,结合工业实验数据,归纳出可用于工业条件的气含率计算关联式,给出了简化的流体力学模型用于气含率分布的模拟。结果表明,浆态床气含率将随塔径增加而降低,固含率与塔径之间存在交互影响;同时,气含率的径向分布也随气速和塔径的增大而改变,存在明显的放大效应,简化模型能够较好地模拟实验结果。     

费托合成浆态床反应器模型研究进展

基于文献中的热态研究成果,总结了费托合成浆态床反应器模型的研究进展,并根据流动状态的理想性、气泡分类、模型的维度和模型研究方法对相关的研究工作进行了梳理和总结. 经过分析归纳,认为费托合成浆态床反应器模型的复杂度日益提高,与实际反应情况越来越接近,结合CFD技术,以多维度、多气泡群、非理想流动为特征的模型是未来研究工作的趋势. 对模型建立过程中必需的气液平衡和产物分布计算方法进行了系统的调研与分析,认为Henry定律适于合成气溶解度计算,而状态方程适于产物分布计算.     

湍动浆态床流体力学研究(Ⅱ)轴向浆料速度的径向分布

对高气速、大塔径条件下的湍动浆态床轴向速度进行了实验测定,提出了简化的一维流体力学模型。实验结果表明：固含率对浆料速度的径向分布影响不明显;采用中心速度和塔径作为参考量,则不同条件下的量纲1流速分布相似;高气速下中心速度随塔径的变化可近似用Nottenkamper关联式描述。提出了一维流体力学模型预测浆态床液速分布,模型计算结果与实验数据符合较好,模型较好地反映了浆态床反应器内液速分布随表观气速、固含率及塔径变化的规律。     

液固磁稳定床中固含率分布与液相返混特性

固含率分布和液相返混系数是液固磁稳定反应器放大与优化所必需的基础数据。采用床层膨胀高度法、光电法及瞬态点源示踪技术,研究了以SRNA-4催化剂为固相的液固磁稳定床中固含率分布和液相返混特性。试验结果表明,固含率轴向分布基本均匀,径向为“扁-陡曲线”分布。固含率随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大,随液体粘度和空塔液速的增大而减小。轴向液相返混系数随磁场强度和液体粘度的增大而减小,随空塔液速和颗粒尺寸的增大而增大。回归得到了固含率和轴向普朗特准数的关联式,预测值与试验值吻合良好。     

喷淋散射塔鼓泡区域的气液两相流动特性

为了探究喷淋散射脱硫塔鼓泡区域的气液两相流动特性,搭建了鼓泡塔实验台,在不同表观气速和气体分布器浸没深度的条件下进行了实验。实验结果表明:气体分布器表面形成的气泡直径约12 mm;气泡溢出液面时有小气泡形成,并随着返混的液相运动,且液相的返混剧烈程度与表观气速和气体分布器浸没深度正相关;液相在散射管管壁和鼓泡池壁面间形成大尺度循环;随着表观气速增大,气泡直径和气泡运动速度均增大,使得气含率增大,气液两相湍动加剧;随着气体分布器浸没深度增大,鼓泡床床层气含率降低,表观气速对气含率的影响效果减弱。实验结果对喷淋散射脱硫塔的设计和运行有一定参考价值。     

浆态床费托合成技术研究进展

综述了近年来浆态床费托合成反应的研究进展。重点评述了浆态床F-T工艺特点,分析了铁基催化剂和钴基催化剂以及工艺条件对浆态床F-T合成反应的影响,介绍了浆态床上费托合成的一些数学模型,概述了浆态床中催化剂与液相产物分离的一些方法。     

浆态床蒽醌加氢反应器模拟

基于浆态床二维轴对称流体力学模型,结合蒽醌加氢反应动力学、物质输送与扩散方程和热量传递模型,构建了浆态床蒽醌加氢反应器数学模型,获得了浆态床内气液固三相流场分布、组分浓度分布、温度分布及停留时间分布等关键信息。模拟结果表明：浆态床内物料呈现中心向上而壁面向下的循环流动特征,流体返混强烈,液体的返混状态接近于全混流,气体返混状态近似为两级等体积全混流;反应物浓度或催化剂含量表现为底部高而顶部低的分布规律,浆态床底部的反应更为强烈,气液传质特性对于蒽醌加氢反应有较大影响;受进料影响,温度分布为底部低而顶部略高,通过夹套换热,全塔温差控制在5 K以内。反应器模型的模拟结果与工业数据符合较好,可应用于工业装置的设计及优化。     

费托合成鼓泡浆态床反应器气体添加模拟研究

采用建立数学模型的方法在鼓泡浆态床反应器体系中讨论了气体添加对费托合成反应行为的影响。先采用惰性气体添加的方法找到最适合鼓泡塔反应器体系的气体添加模拟方法,在最优方法中,随气体添加相应改变总压和扩散高度以保持合成气分压和空速不变。采用该方法讨论了二氧化碳和烯烃对反应行为的影响。结果表明,随二氧化碳添加量的增加,合成气转化率降低,二氧化碳的添加使得总烯烷摩尔比增加,二氧化碳添加主要通过水煤气变换反应影响费托合成行为;烯烃添加将抑制小于其碳数的烃类的生成,促进大于其碳数的烃类的生成。     

三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器数学模拟及工程分析

建立了加压三相鼓泡淤浆床环氧乙烷合成反应器的数学模型 ,计入了催化剂颗粒在床层中沉降形成沿床高浓度分布对反应的影响以及由于惰性液相载体部分返混对传递的影响 ,进一步利用经实验验证的上述数学模型模拟不同表观气速、床高、反应器直径 (扣除传热元件截面积 )、进口乙烯摩尔分数等参数对床层中催化剂浓度随床高的分布、出口环氧乙烷摩尔分数、环氧乙烷选择率以及单位质量催化剂环氧乙烷年产量的影响 .通过模拟分析预示了工业三相床环氧乙烷反应器的合理尺寸、表观气速、环氧乙烷选择率以及时空产率 ,为工业化提供必要的设计依据     

Modelling-based Optimisation of the Direct Synthesis of Dimethyl Ether from Syngas in a Commercial Slurry Reactor

In the present study, we developed a multi-component one-dimensional mathematical model for simulation and optimisation of a commercial catalytic slurry reactor for the direct synthesis of dimethyl ether (DME) from syngas and CO₂, operating in a churn-turbulent regime. DME productivity and CO conversion were optimised by tuning operating conditions, such as superficial gas velocity, catalyst concentration, catalyst mass over molar gas flow rate (W/F), syngas composition, pressure and temperature. Reactor modelling was accomplished utilising mass balance, global kinetic models and heterogeneous hydrodynamics. In the heterogeneous flow regime, gas was distributed into two bubble phases: small and large. Simulation results were validated using data obtained from a pilot plant. The developed model is also applicable for the design of large-scale slurry reactors.     

外环流浆态床反应器浆液循环速度的研究

浆液循环速度是外环流浆态床反应器研究中一个重要的流体力学参数,对流体的流动行为和相间传质有重要的影响.根据操作条件、体系性质等因素对浆液循环速度的影响规律,关联出了浆液循环速度同主要影响因素的经验关联式。并根据动量衡算原理,建立了预测浆态床顶部气液分离器的局部阻力系数的计算模型,试验值同模型的预测值吻合良好。     

三相淤浆床甲醇含成反应器大型冷模研究

以空气-水-催化剂和空气-液体石蜡油-催化剂两种系统为对象,研究了内置垂直管束式换热器三相淤浆床甲醇合成反应器的流体力学性质──平均气含率、床层压降、固体完全悬浮的临界表观气速。考察了各种因素对流体力学性质的影响,并得到关于气含率的经验关联式：     

Numerical simulation of flow field and residence time of nanoparticles in a 1000-ton industrial multi-jet combustion reactor

In this work, by establishing a three-dimensional physical model of a 1000-ton industrial multi-jet combustion reactor, a hexahedral structured grid was used to discretize the model. Combined with realizable k–ε model, eddy-dissipation-concept, discrete-ordinate radiation model, hydrogen 19-step detailed reaction mechanism, air age user-defined-function, velocity field, temperature field, concentration field and gas arrival time in the reactor were numerically simulated. The Euler–Lagrange metho...     

微型流化床内气体返混

微型流化床基础和应用在近几年受到越来越多的关注。针对微型流化床对气固反应分析的应用要求,利用脉冲示踪法研究了内径10 mm和21 mm两种尺寸微型流化床中的气体返混特性,具体考察了管内径、颗粒静床高度、床料颗粒粒径和气体表观流速对气体返混程度的影响。结果表明:随着床内径、颗粒静床高度和表观气速的减小和床料颗粒粒径的增大,气体在床内的返混程度减小。使用粒径约270 μm粗颗粒时,两种床径的浅层微型流化床中的气体返混程度都较小,对应的Peclet数在27以上,证明了床内气体流动接近平推流,从而为利用微型流化床最小化气体返混对反应测试的影响,获得近本征反应动力学参数提供了流动特性的保障。     

浆态床甲醇合成反应过程数学模拟

在固定床等温积分反应器中回归了LP201催化剂上的甲醇合成反应动力学参数,在液固拟均相、全混流、气相流动形式分别为全混流、平推流的基础上建立了浆态床搅拌反应器中甲醇合成反应的数学模型. 模拟结果显示,根据所得动力学参数,计算结果与实验结果吻合良好;气相甲醇合成过程中气相流动形式明显影响反应效率;在液相甲醇合成过程中,气相的流动形式对反应影响不大;气液传质阻力对反应有较显著的影响,必须与反应过程同时加以考虑.     

MORE ON MIXING OF VISCOUS LIQUIDS IN BUBBLE COLUMNS*

Four aspects of liquid-phase mixing in semi-batch bubble columns operating with viscous and non-Newtonian liquids were studied: the influence of the central plume on mixing rate, the velocity profiles, the gas hold-up, and the back-mixing. Three regimes of the bubble-induced mixing were identified and associated with the mode of the central plume. One of the modes, due to a moderate gas rate, was found to lead to optimal mixing. Also the gas hold-up and the degree of back-mixing were associated with the central plume mode. A model of the velocity profile proposed earlier was now modified and extended to apply also to the turbulent regime.