大型轴向固定床反应器中流体流动的数值模拟

根据固定床反应器内液体的流动特性建立了统一模型控制方程组,提出一种对各相同性或异性多孔介质的平方阻力系数进行估算的方法,对大型固定床反应器中液体通过入口分布器及多孔介质的流动问题进行数值计算。计算结果表明,入口分布器和惰性填料可使反应器内液体流动的均匀性得到明显改善;入口分布器顶部开孔对催化剂床层内液体流速径向分布影响较小;降低分布器高度未对液体流速径向分布产生明显的影响;反应器底部装填瓷球等填料虽有利于改善反应器自由空间区的流体流动的均匀性,但对液体在床层内的流动影响不大。     

乙醇脱水固定床反应器数值模拟的研究

应用计算流体力学软件Fluent,选用多孔介质模型,对φ50 mm×500 mm的乙醇脱水固定床反应器建立了单管反应器整体反应数学模型,模拟了反应器内温度和浓度分布,并对模拟结果进行了实验验证。研究结果表明,催化剂床层上部的径向温差较大,最大温差可达50℃,是脱水反应发生的主要区域;在反应器内高温区域有利于产物乙烯的生成,低温区域则有利于乙醚的生成;在400℃、WHSV=1.0 h-1的条件下,温度分布的模拟值和实验值的偏差不超过10℃,反应器出口乙烯选择性的模拟和实验值分别为98.6%和96.9%,乙烯选择性相对误差1.8%。实验证实选用的模型能较准确模拟乙醇脱水反应器内温度和浓度的分布情况。     

大型固定床反应器气体预分布器的结构参数对气流分布的影响

采用冷模实验装置,对大型固定床反应器气体预分布器的结构参数进行研究,考察入口气速、筒体直径、侧壁环隙高度、底部挡板开孔等对预分布器气流分布的影响。实验结果表明,入口气速小于8 m/s时,随入口气速的增大,环总流量比(U1/U0)降低;当入口气速大于8 m/s时,入口气速对U1/U0的影响较小;随侧壁环隙高度的增大、底部挡板开孔面积的减小,U1/U0增大;相同开孔面积下,开孔直径对气流分布的影响较小;与较小筒体直径相比,较大筒体直径的气体预分布器的U1/U0较大;由实验数据回归得到U1/U0与结构参数间的无因次关联式。     

绝热固定床甲烷化反应器压降模拟研究

绝热固定床甲烷化反应器及工艺已用于工业实际生产,对其进行压降模拟研究有着现实意义。对主要压降影响因素进行了系统阐述,利用Aspen Plus软件搭建了压降模型,与工业实际情况对比进行模型验证。利用灵敏度分析工具进行单因素分析并进行线性拟合,探索了物料参数、催化剂参数、反应器参数等影响因素变化与压降的关联影响。     

乙醇脱水制乙烯等温固定床反应器的模拟

采用半经验的乙醇脱水制乙烯反应动力学模型,建立了乙醇脱水制乙烯等温固定床反应器的一维模型。利用工业生产数据对所建模型进行了验正,反应器出口温度、乙醇转化率、乙烯选择性的计算值与实际值的偏差分别是-1.65 K,-0.66%,0.43%。采用该模型模拟了加热介质温度、进料空速、乙醇含量对反应器轴向温度分布、乙醇转化率和乙烯选择性的影响。模拟结果表明,加热介质温度在643～683 K内可得到较好的反应器轴向温度分布和乙醇脱水反应结果;适宜的进料空速为0.6 h~(-1),进料空速过高乙醇转化率降低;乙醇含量高有利于提高乙烯的选择性。     

固定床反应器合成二甲醚的模拟分析

通过对合成气一步法制二甲醚反应特点的研究 ,对固定床反应器用一维模型进行了数学模拟计算 ,得出了反应器轴向上的反应参数分布 ,并模拟分析了各类反应条件对催化床热点温度、CO的转化率 ,二甲醚时空产率和选择性的影响 ,从而为开发该类反应器提供了设计依据     

乙烯氧化制环氧乙烷固定床反应器的模拟及稳定性分析

在筛选出合适的乙烯氧化制环氧乙烷动力学方程的基础上,对工业固定床氧化反应器进行一维和二维模型的模拟计算。考察操作工艺参数对反应器稳定性、转化率影响的敏感性以及N_2和CH_4做致稳气时反应温度和转化率的轴向、径向分布。     

苯与丙烯烷基化固定床反应器气液分布的研究

对苯与丙烯烷基化气液固反应器的分布系统进行了研究。在对工业装置的气液分布系统进行分析后,提出了扩产1 6倍的分布器设计方案;惰性床层液相混合与传质的计算结果表明,液相中丙烯浓度在惰性床层约0 4m处达到平衡,惰性床层中传质速率很快。按照等动量放大法设计的气体分布器,反应器生产能力提高前后的压降不会有大的变化。颗粒大小对摩擦压降变化敏感,而较之摩擦压降,持液静压对总压降的贡献可以忽略。压降的计算结果与工业装置实际值基本一致。     

固定床反应器内构件-喷射型分配器的结构优化

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,对一种喷射型分配器进行了数值模拟,在此基础上探讨了气相入口结构、液相入口数量、出口喷嘴直径等对分配器不均匀度和压力降等性能的影响,进而优化了分配器结构.研究结果表明,改进型分配器气相入口形式为朝向同侧的2孔,液相入口个数为4个,出口喷嘴直径为12 mm,分配器下方200 mm的...     

A three dimensional CFD simulation and optimization of direct DME synthesis in a fixed bed reactor

In this study, a comprehensive three-dimensional dynamic model was developed for simulating the flow behavior and catalytic coupling reactions for direct synthesis of dimethyl ether （DME） from syngas including CO2 in a fixed bed reactor at commercial scale under both adiabatic and isothermal conditions. For this purpose, a computational fluid dynamic （CFD） simulation was carried out through which the standard κ-ε model with 10% turbulence tolerations was implemented. At first, an adiabatic fixed bed reactor was simulated and the obtained results were compared with those of an equivalent commercial slurry reactor. Then the concentration and temperature profiles along the reactor were predicted. Consequently, the optimum temperature, pressure, hydrogen to carbon monoxide ratio in the feedstock and the reactor height under different operation conditions were determined. Finally, the results obtained from this three-dimensional dynamic model under appropriate industrial boundary conditions were compared with those of others available in literature to verify the model. Next, through changing the boundary conditions, the simulation was performed for an isothermal fixed bed reactor. Furthermore, it was revealed that, under isothermal conditions, the performed equilibrium simulations were done for a single phase system. Considering the simultaneous effects of temperature and pressure, the optimum operation conditions for the isothermal and adiabatic fixed bed reactors were investigated. The results of the H2＋CO conversions indicated that, under isothermal condition, higher conversion could be achieved, in compared with that under adiabatic conditions. Then, the effects of various operating parameters, including the pressure and temperature, of the reactor on the DME production were examined. Ultimately, the CFD modeling results generated in the present work showed reasonable agreement with previously obtained data available in the literature.     

Combustion of petroleum residue in a batch type fixed bed reactor

Combustion is a highly efficient technology for energy conversion of biomass materials, municipal wastes, and fossil fuels. In this study, combustion tests of two petroleum residues (P1, P2) in a batch type fixed-bed reactor were presented for different operating conditions. The effects of air flow rate (50–70 L/min) on the combustion parameters (gas temperature and carbon conversion) were performed. Additionally, the influence of fuel flow rate on the environmental characteristics (NO_x emissions) was evaluated. The experimental results demonstrated that air flow rate is the most important factor in the process; a higher air fuel rate contributed to higher NO_x emissions and gas temperature. It also was found that the NO_x emissions increase dramatically when the air flow rate increases.     

小型固定床煤催化气化动力学研究

以K2CO3和内蒙褐煤为研究对象,在小型固定床上考察了催化剂负载量、温度,氢气以及水蒸气分压对碳转化率和气化反应速率的影响。结果表明,K2CO3对煤焦-水蒸气气化反应有明显的催化作用,700℃,当添加10%的K2CO3,碳的转化率为70%,氢气的含量对煤焦-水蒸气的反应有明显的抑制作用,并采用n级速率方程和Langmuir-Hinshelwood速率方程考察了水蒸气分压的影响,分压提高,煤焦-水蒸气气化反应活性提高,采用n级速率方程得到煤-水蒸气气化反应级数为0.87,活化能为169.2k J/mol;采用L-H方程得到活化能为121.9k J/mol。     

采用厌氧好氧一体式固定床生物膜反应器处理化工雨排污水

采用厌氧好氧(A/O)一体式固定床生物膜反应器,对某化工厂雨排系统的污水进行了处理实验。研究了水力停留时间(HRT)、气水体积比等操作条件对处理效果的影响,并考察了该实验装置的稳定运行性能。结果表明:在HRT为1h、气水体积比为1∶2的最佳操作条件下,废水CODCr,BOD5,氨氮去除率分别达70%,80%,60%以上,出水CODCr,BOD5,氨氮值分别小于20,5,2.5 mg/L。     

异丁烷/丁烯固体酸烷基化固定床反应器模型研究

针对异丁烷/丁烯固体酸烷基化固定床工艺过程,建立了一维动态传质模型,并对点活性与有效扩散系数的关联式进行了修正。模型计算结果与实验数据吻合良好,验证了模型的准确性。考察了反应器内烯烃和点活性的时空分布情况,并确定了固体酸催化剂失活的主要原因：反应器入口处,活性位覆盖是催化剂失活的主要原因;随着反应器床层高度增加,孔道堵塞逐渐成为催化剂失活的主要原因。     

化学环制氢三流化床反应器系统工艺模拟研究

化学环制氢技术能够从化石燃料中高效制取氢气并分离出二氧化碳,由于商用工艺模拟软件缺少适用于化学环制氢的反应器模型,制约了该技术的工艺模拟及优化。建立了一种基于轴向扩散方程的化学环制氢三流化床反应器模型,将反应器模型嵌入商用工艺模拟软件中实现工艺全流程模拟及优化。分析了三流化床反应器的操作条件,结果表明:蒸汽反应器操作温度在850℃、蒸汽输入流量与天然气输入流量比值为2.6条件下能够高效制取氢气,氢气/甲烷比率达到263.86%;蒸汽燃料反应器操作温度在800℃,三氧化二铁流通量与天然气输入流量比值为3.82条件下能够高效分离出二氧化碳,二氧化碳捕获率达到99.21%。     

甲烷氧化偶联制乙烯在薄层固定床中的放大实验

研究了甲烷氧化偶联制乙烯反应从３０ｍｌ催化剂装量放大到２００ｍｌ催化剂时，催化剂粒径、床层高度、反应器管形、管径及催化床层底部与加热炉出口位置等对Ｃ２选择性和Ｃ２烃收率的影响。得出在１００ｍｍ的石英反应床中，当催化剂粒度为２０～３０目（１．０～０．６３ｍｍ），床层高度约２５ｍｍ，甲烷与氧混合气由反应管上方进入，催化剂床层底部离反应管加热出口约２０ｍｍ时，在最佳反应条件下，催化剂装量由３０ｍｌ放大到２００ｍｌ的结果基本一致。