径向流反应器的研发和应用

全面介绍了径向流反应器的结构和特点,总结了变质量流动规律、流道静压分布规律、动量交换系数和穿孔阻力系数的研究成果,特别介绍了新型轴径向流反应器及其催化剂封区的二维流特征、大型冷模开发研究和数学模型。提出了径向流反应器在不同化学工艺中的特点、分类及其应用,并对径向流反应器的大型化趋势作了展望。     

径向流固定床反应器的流动特性研究及结构参数的合理选择

径向流固定床反应器的操作状态和反应效果在很大程度上取决于反应器内穿越催化剂床层径向气流沿反应器轴向分布的均匀程度，亦即床层内催化剂负荷的均布程度。本文对此类反应器内的流动特性进行了研究，对立了描述反应器内流动规律的基本运动方程。研究结果表明，径向气流的轴向分布情况与反应器的流动结构型式、反应器内分流流道与合流流道截面积的比值、催化剂床层的阻力系数以及反应器的高径比等参数有关。并提出了如何合理选择反     

QCS-03小颗粒催化剂在轴径向反应器的工业应用

介绍QCS-03小颗粒耐硫变换催化剂在轴径向反应器的工业应用情况。运行结果表明,国产QCS-3小颗粒耐硫变换催化剂具有温域较宽,抗低硫性能较强,在高硫情况下催化剂活性较好等特点,完全适用于Shell粉煤气化工艺的耐硫变换装置。     

径向流动反应器流体力学特性研究

本文提出了表征径向流动反应器内流体流动规律的数学模型.该模型为一特殊的二阶微分方程的边值问题.对于Ⅱ型流动:Au′u″+Bu′u+Cu~2=0对于Z型流动:Au′u″+Bu′u+Cu′+Eu~2+F(1-u)~2=0边界条件为y=0,u=1;y=1,u=0式中模型参数A、B、C、E、F决定于径向反应器分布流道结构尺寸、穿孔阻力系数和径向床层特性等因素.为简化Ⅱ型径向反应器边值问题的求解过程,本文推荐一种解析求解方法.该模型应用于径向氨氧化炉操作工况和径向氨合成塔设计工况的模拟,揭示了径向流动反应器内的流体力学特性.     

大型轴径向变换反应器的研究与应用

介绍了大型轴径向变换反应器在设备规格、床层压降、催化剂寿命等方面优点,对其内件和催化剂进行研究。研究结果表明:采用轴径向变换反应器较纯轴向反应器节约投资约700万元,运行更安全可靠,催化剂使用寿命长,污染少。     

径向流动反应器流体力学特性研究进展

论述了流体在多孔流道中的变质量流动特性，建立了基于机械能全能量守恒方程和动量交换方程的径向反应器流体力学模型，分析了动量交换系数对流道静压分布计算的影响。结果表明，模型计算在小型或模拟设备中得到了证实，但在大型工业设备中是否适用尚待检验；建模理论分析中忽略了位能或重力的影响，均假设流体纯径向穿过催化床，此假设所隐含的模型适用条件尚待阐明。     

撞击流反应器内幂律流体流动特性的数值模拟

采用数值模拟方法对撞击流反应器内幂律流体的流动特性进行研究,分析了不同喷嘴间距和入口流速下清水和不同质量分数幂律流体的径向射流扩展率、径向速度衰减率、剪切应力、表观黏度等分布规律,研究表明：幂律流体中径向射流的径向速度分布规律与清水径向射流相似。随喷嘴间距的增大,扩展率增大,径向速度衰减率减小,平均剪切应力呈先增大后减小的变化规律,其中L=3D时平均剪切应力值最大,更利于流体混合。入口流速越大,扩展率越小,径向速度衰减率越大,平均剪切应力也随之增大。幂律流体的平均剪切应力大于清水,且随质量分数的增大,其扩展率增大,为清水扩展率的1.3~3.3倍,而幂律流体的径向速度衰减率从-1.268~-1.125降低到-1.144~-1.082,逐渐小于清水。幂律流体径向射流区域的剪切应力呈“M”形分布,表观黏度则呈“W”形分布,流体的流变性质对撞击流反应器内流体的流动规律影响显著。     

基于CFD-DEM的异形催化剂径向床反应器数值模拟

为研究催化剂颗粒形状对床层流场均匀度的影响,应用计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)对异形催化剂颗粒随机堆积径向床反应器内的流场进行数值模拟,分别建立柱形、小孔环柱形、大孔环柱形、3孔柱形以及5孔柱形颗粒床层模型,分析反应器床层孔隙率、速度场和压力场的变化。结果表明,不同形状颗粒床层的流场均匀度从高到低的顺序为柱形、3孔柱形、5孔柱形、大孔环柱形和小孔环柱形,柱形颗粒床层主流道径向压差最高,床层孔隙率最低,床层径向速度及压降沿轴向变化最小,流体分布最均匀。     

(φ)1 000轴径向甲醇合成塔应用总结

介绍了轴径向甲醇合成塔的结构、特点及运行情况。实际运行表明,该塔能满足生产要求。     

轴径向甲醇合成技术的特点及应用

影响甲醇合成的因素很多,其中温度和压力对提高CO、CO2转化率影响最大。根据甲醇合成的特点,将热力学和动力学有机结合起来所开发的轴径向甲醇合成反应器,在不同压力等级和领域中应用,均取得了令人满意的效果。     

液固下喷自吸环流反应器流体力学特性

采用改进皮托管测定了液固下喷自吸环流反应器中的液体平均速度及液相湍流强度分布,采用PV4A颗粒浓度速度测量仪测定了固含率分布。试验结果表明:随着液体喷射流量的增大,液体平均速度、液相湍流强度及固含率均增大;在导流筒内液相平均速度近似管流分布,在环隙中的速度分布基本均匀;在导流筒和环隙内固含率沿径向分布均匀。该研究对于下喷环流反应器的放大与优化有重要指导意义。     

AQ-1型触媒在 1 000轴径向氨合成塔中的应用

在不改变任何设备、只部分换用AQ-1型氨合成触媒的情况下,使合成氨生产能力提高了10％,吨氨电耗和能耗均有所下降,取得了人满意的效果。     

高硫焦用强混反应器流动特性

根据炼油工业近年来流态化技术的发展及相关新技术的应用,设计了一套适合高硫焦燃烧特点的新型强混反应器冷态实验装置. 强混反应器主要由混合段和提升段两部分构成,两部分的设备结构尺寸分别为f240 mm′3000 mm和f70 mm ′9000 mm. 选取了适合工业应用的实验操作条件：提升段操作表观线速度6~20 m/s,颗粒循环速率20~230 kg/(m2.s). 系统考察了高硫焦模拟颗粒在混合段的流动特性. 通过对强混反应器轴、径向颗粒浓度和速度分布的实验测定,将强混反应器的混合段沿轴向分为两个区,沿径向分为两个或三个区,并提出用径向分布指数来表征颗粒浓度和速度的径向不均匀性.     

采用轴径向技术有效解决固定床反应器阻力降的快速升高

讨论了固定床反应器阻力降快速升高的原因，介绍了用轴径向技术解决这一问题的原理及优点，及其在铁铬系变换催化剂和钴钼系耐硫变换催化剂反应器中的实际应用。     

Reactor Optimization in the Presence of Catalyst Decay

Abstract

Interest over the past decade or so in the more quantitative aspects of catalyst deactivation has led to a body of work in the literature concerned with various reactor design/operation optimization problems that include the effects of catalyst mortality. From a chemical reaction engineering point of view these efforts provide a rather unique combination of reactor design, chemical kinetics, and optimal control theory. As was the case for much of the early work on optimization, this literature gives a number of cases of examples and counterexamples, assumptions that are sometimes stronger than the strong maximum principle, and plenty of “academic chemical reaction I” (A → B). For the hard-hats among us, some questions thus may be raised as to the practical import of much of this in terms of engineering application. Nonetheless, the sum of work is now approaching sufficient proportion to make at least a partial accounting of it worthwhile.     

Reactor Optimization in the Presence of Catalyst Decay

Interest over the past decade or so in the more quantitative aspects of catalyst deactivation has led to a body of work in the literature concerned with various reactor design/operation optimization problems that include the effects of catalyst mortality. From a chemical reaction engineering point of view these efforts provide a rather unique combination of reactor design, chemical kinetics, and optimal control theory. As was the case for much of the early work on optimization, this literature gives a number of cases of examples and counterexamples, assumptions that are sometimes stronger than the strong maximum principle, and plenty of “academic chemical reaction I” (A → B). For the hard-hats among us, some questions thus may be raised as to the practical import of much of this in terms of engineering application. Nonetheless, the sum of work is now approaching sufficient proportion to make at least a partial accounting of it worthwhile.     

催化剂捏和机密封结构的改进

分析了催化剂捏和机导致轴承失效的密封结构形式,提出了设置物料缓冲区、开设卸料口以及使用动式迷宫式密封环的密封结构形式,实际的使用效果表明,该结构形式是有效的。     

锥环挡板振荡流反应器流场的CFD研究

采用(四面体 楔体 棱锥体)的非结构化网格对包括进料和出料机构的五腔室锥环挡板振荡流反应器(OFR)的空间三维流场进行了计算流体力学(CFD)模拟,得到了不同振荡强度下标准腔室、顶部腔室和底部腔室的流场结构信息.研究得到了存在净流时锥环挡板OFR的流场结构,同时将模拟结果与圆环挡板OFR流场进行了比较.