单颗粒载氧体化学链燃烧反应性能数值分析

旨在利用实验室条件下在流化床中的颗粒粒径、孔隙率以及还原反应动力学典型数据模拟单个载氧体颗粒的反应过程。采用一种较为通用的均质模型与收缩核模型结合的气-固反应模型,模拟分析多孔载氧体颗粒(CuO/Al2O3)与合成气(H2/CO)的非催化反应,并考虑了还原反应动力学、颗粒内外部传质以及传热的影响。在非稳态情况下,得到典型球形载氧体颗粒内部反应物浓度沿粒径分布,以及不同因素对反应速率的影响。结果表明,孔隙率、颗粒粒径以及反应动力学参数都对还原反应有较大影响,该研究为载氧体设计优化以及反应器设计提供基本指导。     

基于CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢系统

为在重整气中得到高纯H_2和降低尾气CO_2分离成本,建立了基于CaO引导的甲烷蒸汽重整化学链燃烧制氢系统,该系统在重整反应器中加入CaO吸收剂,用以吸收重整器内的CO_2,提高重整气中H_2浓度,形成的CaCO_3固体在煅烧器中受热分解重新生成CaO。利用Aspen Plus进行了过程模拟及热力学分析,并研究主要参数对系统性能的影响,得到优化的操作条件为:CaO循环量/CH_4比为0.5,CH_4(燃料)/CH_4比为0.35,NiO循环量/CH_4比为1.4。CaO循环量/CH_4比从0变化到0.5时,重整气中H_2浓度从0.60增长到0.99;CH_4(燃料)/CH_4比在0.25~0.45区间变化时,重整气中H_2浓度从0.86提高到0.99,产气量增加;NiO循环量/CH_4比在1~1.6区间变化时,重整气中H_2浓度从0.88增长到0.99,系统有效能效率变化较小。     

基于Aspen Plus的酸水汽提模拟

煤气化工艺所生产的合成气,经过一氧化碳变化装置会产生含有少量酸性气的废水,直接排放会污染环境并造成资源浪费,增加酸水汽提-硫磺回收装置可以有效解决该问题。本文应用Aspen Plus对某大型石化行业酸水汽提装置进行模拟,将模拟结果与设计值进行对比分析,研究酸水汽提装置的工艺流程,并且根据建立的酸水汽提模型,对此工艺进行深入讨论,研究并分析几种操作工况对结果的影响,为酸水汽提工艺的优化提供参考。     

基于Aspen Plus的Petlyuk塔模拟与优化

利用Aspen Plus软件,对Petlyuk塔进行模拟和优化。采用三塔等效流程,进行简捷计算,确定Petlyuk塔的初始参数。在初始参数下,利用Aspen Plus的Multifrac-Petlyuk模块严格模拟,并利用Sensitivity模块,分别优化回流比R、进料位置、侧线出料位置、互连位置及互连物流流量等参数。以乙醇-正丙醇-正丁醇三元体系为例,模拟和优化结果为:主塔塔板数58,预分塔塔板数29,进料在预分塔第12块板,侧线出料在主塔第28块板,主塔摩尔回流比4.6,预分塔塔顶和主塔互连位置在主塔第18块板,塔底和主塔互连位置在第47块板,主塔返回预分塔顶部的液相流量为65 kmol/hr,返回预分塔底部的气相流量为145 kmol/hr。在此优化参数下,可得到98.9%乙醇、98.7%正内醇和99.0%正丁醇,达到分离要求。模拟和优化的结果对工业化设计和生产具备指导意义。     

合成气燃烧数值模拟与验证

以整体煤气化联合循环(IGCC)系统中的合成气燃烧室为研究对象,针对天然气改烧合成气后非预混火焰的燃烧特性开展数值模拟与实验验证,经与实验数据对比,结果显示大涡模拟能够准确预测燃烧室内的平均流场与温度场、速度脉动分布,对燃烧过程产物OH自由基的预测与实验结果有所偏差,为后续分析工作奠定基础。通过将数值模拟与实验测量相结合,对同一喷嘴结构燃烧室内使用天然气、氢气、一氧化碳以及合成气等不同燃料时的燃烧特性进行了对比分析,结果表明该喷嘴结构适用于合成气燃烧,与天然气火焰相比,合成气火焰在喷嘴出口位置形成的高温区对改善合成气燃烧室的不稳定性具有积极的意义,同时燃烧室壁面的热负荷更高。     

基于CFX的燃油燃气锅炉炉膛内燃烧传热的数值模拟

在锅炉设计过程中由于试验和测量的条件受到种种限制,本文提出采用数值传热学理论来模拟炉膛内火焰温度场、速度场变化,分析可能出现的问题,加快设计速度。本项研究中,采用ICEMCFD造型和划分网格,最后在CFX中进行模拟计算。     

基于Aspen Plus的聚甲氧基二甲醚精馏过程模拟分析

在装有θ环填料的精馏塔内进行了聚甲氧基二甲醚精馏实验。利用化工流程模拟软件.AspenPlus对聚甲氧基二甲醚精馏过程进行模拟,首先,采用DsTWU简捷蒸馏模型,运用软件中NRTL、WILSON、UNIQUAC,3种物性方法对精馏塔进行了计算,得到了回流比、塔板数和温度等操作参数。接着,采用RadFrac严格精馏模型对精馏塔进行了验证,其计算结果与实验结果吻合良好,满足工艺要求。最后,对精馏塔的操作变量进行了灵敏度分析,讨论了进料位置、进料流率和回流比等参数对精馏分离要求与能耗的影响,并确定了最优化方案,即:进料板为第50块,进料流率为35 mol/h,回流比为6。     

合成气非预混燃烧的数值模拟

针对合成气非预混火焰结构开展数值模拟和试验验证,分析天然气改烧合成气后燃烧特性的变化规律.结果表明,大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)在速度分布和温度分布的预测中与试验结果比较吻合,而在对燃烧过程产物(如OH自由基)预测中则与试验结果有所差异.采用数值模拟与试验测量相结合的方法,探讨和分析合成气燃烧特性的变化规律:与天然气火焰相比,合成气燃烧时高温区域更大,火焰稳定性较好;随着当量比提高,燃烧室热负荷不断增大,同时最高回流速度增大,火焰根部受到压缩,逐渐呈现出推举火焰特征.     

基于机群的湍流燃烧数值模拟平台的构建与应用

首先对机群系统的特点和软硬件配置环境进行阐述,然后基于MPI和开源工具OpenFOAM实现一个计算流体力学机群系统的搭建,并对这个机群系统的性能和并行效率进行测试和分析。通过利用此机群系统对湍流燃烧流动反应进行数值模拟及并行计算得到模拟效果的三维流场。实验结果表明,该机群系统针对湍流燃烧数值模拟可以明显提高计算效率并得到较好的仿真效果。     

基于MAXScript的物体燃烧模拟

燃烧的模拟过程要考虑燃烧火焰、烟雾、物体自身的诸多变化等效果,不同物体的具体变化也不相同。运用MAXScript脚本语言实现对于物体燃烧的模拟,包含场景与物体自身属性的设置、材质、火焰的生成、粒子系统的脚本设计、大气效果的运用等。模拟结果基本上实现了较为真实而快速的物体实时燃烧。     

改进的Bilger型湍流燃烧反应速率模型及其数值模拟的验证

基于旋涡耗散原理,结合平均生成速率正比于化学计量比下的混合分数的概率密度的理论分析,发展Bilger型燃烧反应速率模型,使之能够模拟富氧和贫氧燃烧工况。模型中利用快速反应假设,辐射由多射线模型模拟,结果与Steckler的燃烧实验数据比较,并与文献中多个模型比较。温度、速度分布以及总体量的比较表明,当前模型比传统的EDM、Brizulea-Bilger模型在模拟贫氧燃烧方面好。对不同模型的应用提出了建议。     

物体燃烧模拟方法的研究

物体燃烧是个极其复杂的过程,物体的种类不同,燃烧时的具体变化也不尽相同.简要介绍火焰和烟雾的生成模拟方法;重点研究近年来木棒、纸张等固体物体燃烧模拟的方法,侧重于物体自身在燃烧过程中的变化特点和真实过程;比较各种方法的优势及其特点;关注未来的研究工作需要重点加以关切的几个方面;介绍今后需要进一步努力和完善的一些工作思路.     

基于Aspen Plus的“煤拔头”工艺热解过程的模拟

在Aspen Plus对煤热解过程的模拟工作中,多使用经验关联式进行计算或将实验结果直接代入收率反应器,前者有很大的偏差,后者有很大的局限。通过将热解反应器进行分段模拟,不但考虑了热解过程的热效应,而且可以得到煤热解过程中的温度变化情况和热解产物产率,同时可以提高模拟结果的准确性。在本文的研究中,对府谷煤热解过程中操作参数的优化结果表明,将起始物料温度从650℃提高至672℃时,热解反应可以产生更多的焦油产品。     

Aspen Plus对逆流萃取串级实验法的模拟与验证

本文对文献中提出串级实验模拟多级逆流萃取的实验室方法中的排级比(串级排数/级数)进行了分析,以丙酮(A)-氯仿(B)-水(S)三元物系串级实验图为例,利用Aspen Plus模拟软件对其进行模拟.结果表明:模拟实验排数达到级数三倍以上能达到稳定的浓度值,与实验经验相吻合.其结果为进一步工业化试验提供了理论依据.     

基于Aspen Plus用户模型的MTBE反应精馏模拟

采用用户模型技术,运用Fortran语言编写反应动力学子程序,并将其嵌入Aspen Plus精馏过程中,从而在Aspen Plus平台实现了MTBE反应精馏过程的动力学模拟,结果表明,所建用户模型MrBE反应精馏塔内温度、液相组成分布模拟值较好地吻合了文献值。以MTBE收率及纯度作为目标函数,研究了精馏塔相关参数改变对目标函数的影响,得到的优化条件分别如下:操作压力为1100 kPa,回流比为6,甲醇进料位置为第10块板,反应段塔板数为8块,此时MTBE收率为95.53%,纯度为99.2%。     

基于Aspen Plus的蒸汽透平网络模拟和优化

针对乙烯装置蒸汽管网用能过程中存在的不合理现象,采用Aspen Plus化工流程软件对其中的蒸汽透平网络进行了模拟和优化.通过对单个透平的模拟,分析了透平抽汽量、进汽温度和排汽压力等操作条件的变化对透平效率的影响.在此基础上模拟了蒸汽透平网络,并以透平抽汽量为自变量、透平网络总进汽量为目标变量,通过MATLAB-Aspen Plus接口工具箱使用粒子群优化算法(PSO)对其进行操作参数优化.采用智能算法,避开了因在Aspen Plus中设置过多约束作为设计规定而导致模型不易收敛的不足;对于约束条件的处理,通过对不满足约束的粒子加以惩罚来实现.优化结果表明,在满足透平输出功率以及低等级管网蒸汽用量需求的前提下,通过合理分配各透平的抽汽量能够有效地降低透平网络超高压蒸汽(SS)消耗量,优化后的透平网络可减少超高压蒸汽用量0.6吨/小时.     

湍流燃烧反应数值模拟的研究与实现

基于开源计算流体力学平台OpenFOAM和化学动力反应模型库Cantera设计出定常可压缩的湍流燃烧反应解算器,使用该解算器对Sydney钝体驻定火焰HM1进行数值模拟,模拟采用煤气和空气的详细反应机理,并根据计算结果得到燃烧流动组分浓度分布图和温度曲线变化图.通过计算结果与实验数据对比分析表明,模拟效果较好的符合燃烧组分变化的研究要求,这说明设计的解算器对定长可压缩燃烧流动问题有很好的计算仿真效果,体现了其可行性.湍流燃烧流动解算器的设计对于燃烧室性能预估有一定的参考价值.     

自熔式燃硫炉燃烧过程的数值模拟

以数值模拟自熔式燃硫炉燃烧室内湍流燃烧过程.考察不同过量空气系数α对出口组分摩尔浓度的影响,求出最佳过量空气系数α为1.6;通过对α为1.6时燃烧过程的速度场、温度场及组分浓度场分析,结果表明:自熔式燃硫炉中各组分混合效果不均匀,燃烧效果不理想,出口中含有较多对生产有害的S2、SO3气体.模拟结果为自熔式燃硫炉的改进提供参考.     

Aspen Plus用户模型技术的煤直接液化全流程模拟

基于六集总动力学模型,采用BFGS优化算法获得煤直接液化升温阶段和恒温阶段的反应动力学常数,同时通过试验数据回归得到用于煤直接液化分离单元的具体产品组成,并以此为基础开发了煤直接液化反应的AspenPlus用户模型。在此基础上,将上述煤直接液化用户模型与Aspcn Plus流程模拟软件集成在一起,充分利用Aspen Plus软件强大的性质数据库和分离过程模拟计算能力,最终实现了基于AspenPlus平台的煤直接液化全流程模拟,模拟计算得到的煤直接液化反应产物在高温和低温分离器的气液相平衡数据与实验值较吻合。基于Aspen Plus的全流程模拟可以为煤直接液化反应和分离条件的优化选择提供技术参考。