基于能级总组合曲线的化工过程功-热公用工程设置

采用微分法计算能级,由此生成新的能级组合曲线,获得全流程的总能量目标。提出新的热-功集成图形方法--能级总组合曲线,在获得加热/冷却公用工程目标的同时得到系统所需功量目标,以及过程?损。以甲醇合成工艺为例,通过能级组合曲线和能级总组合曲线分析,获得功需求量为28 MW,冷公用工程用量为137 MW,减少能量消耗71.1%,并选择电能和循环冷却水作为甲醇工艺的公用工程。     

工业级错流列管式固定床反应器的CFD模拟

工业级大型列管式固定床反应器壳程温度场与流场的均匀程度与反应的转化率及选择性密切相关。通过添加阻力源项和分散热源项,对工业级全尺寸错流列管式固定床壳程流场及温度场进行了CFD模拟研究,并进一步考察了折流板窗口区大小及其位置对壳程压降与温度分布的影响。结果表明,模拟得到壳程压降与由经验公式计算得到的压降较为接近,且壳程温度分布与工业实际数据吻合;增大窗口区面积,壳程压降呈现指数下降,同时高温差区（径向温差大于2 K）的范围与径向温差变大;随着第1块折流板位置降低,高温差区范围及径向温差均减小,但压降并不呈现规律性变化。模拟方法可用于工业级大型列管式固定床反应器的优化及设计。     

轴流泵叶轮结构对泵内流场特性的影响

为探究聚乙烯环管反应器内轴流泵的叶轮结构对泵内流场特性的影响,采用计算流体动力学(CFD)模拟研究了异丁烷为溶剂工况下,叶片数、叶片安装角和叶轮直径等叶轮结构参数对轴流泵扬程、效率、流场特性的影响.结果表明:CFD模拟结果与实验吻合的较好,模拟具有一定的准确性.随着叶片数的增加,轴流泵的扬程逐渐升高,而效率略有降低,且...     

基于产学研联合创新的化工人才培养路径探索与实践——以联合化学反应工程研究所为例

创新型化工人才培养能够有效推动我国石化产业的持续创新与发展,为实现我国化学工程技术的跨越式发展提供了人才支撑。文章梳理了当前我国化工人才培养中的培养目标与行业需求存在差距、知识体系和教学方式有待改进、科教产教融合度有待提升等问题,并以浙江大学、华东理工大学与中国石化联合设立的联合化学反应工程研究所为例,介绍了基于产学研联合创新的化工人才培养模式和实践路径,总结了培养成效和经验,以期为高校化工人才培养提供参考。     

气固密相流化床颗粒温度的流体力学模拟与时间序列分析

应用基于颗粒动力学理论的欧拉-欧拉模型,模拟了不同表观气速下的气固密相流化床,测定了冷模流化床中压力脉动沿床高的变化,将CFD模拟与实验得到的床层压力分布及压力脉动频谱图相对照,验证了数值模拟方法的正确性。采用统计分析的手段对模拟得到的颗粒温度时间序列进行研究,结果表明,随着表观气速的增加,颗粒温度增大,颗粒温度时间序列的标准偏差增大,平坦度基本不变。将声能量理论与颗粒温度相结合并比照声能量沿床高的变化趋势,发现颗粒温度、颗粒温度时间序列的标准偏差及平坦度可用于确定颗粒运动“滞留区”的位置。引入颗粒温度谱,并根据脉动能的级串理论将颗粒温度谱划分为含能尺度、惯性尺度和耗散尺度,发现颗粒温度谱在惯性尺度内普遍偏离Kolmogorov-5/3定律而趋向符合Levy-Kolmogorov定律。在Levy-Kolmogorov定律的适用范围内,“滞留区”的颗粒温度谱衰减指数达到最大值,据此提出颗粒温度谱的衰减指数具有表征“滞留区”位置的潜力。     

颗粒黏度模型对采用欧拉多相流模型模拟超密相颗粒流动行为的影响

颗粒黏度是欧拉多相流模型计算固体流动的重要参数之一,其数值大小依赖于摩擦压力和径向分布函数。通过与实验值对比,评估了常用的摩擦压力模型(Based、Johnson)和径向分布函数模型(Lun、Syamlal O’Brien)对密相颗粒流动体系的预测能力。模拟结果表明,Johnson模型的固体体积分数预测值低于Based模型;Syamlal O’Brien模型固体流率的预测值远大于Lun模型。采用根据实验结果修正的欧根系数后,BasedLun、Johnson-Lun和Johnson-SO模型组合预测的平均压降相对误差分别由68.6%、73.3%和78.2%降低至13.2%、29.7%和42.3%。综合考虑压降、固体出口质量流率、固体体积分数、壁面区域固体速度的模拟结果与实验值的偏差,发现Based-Lun模型组合的平均预测误差最小,适用于气固移动床的欧拉多相流模拟。研究还发现,欧根系数与内摩擦角对固体速度与压降有着显著的影响,而临界固含率对固体速度与压降的影响较小。     

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的稳定性和动态行为

气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式由于显著提高了循环气移热能力和反应器时空产率,已成为流化床乙烯聚合工艺的主流操作模式。建立了气相法聚乙烯工艺冷凝态操作模式的数学模型,包括流化床反应器模型,多级换热器模型和反应温度、压力以及循环气组成的控制模型。基于此,采用流程模拟方法,计算了系统在反应器温度采用闭环控制时的稳态解;根据系统对小扰动的动态响应特点,定性判断了反应器温度采用开环控制和闭环控制时聚合反应系统的稳定性;考察了系统对1-己烯分压和催化剂进料速率的阶跃响应特性。结果表明,反应器温度采用闭环控制时,聚合反应系统在所考察操作条件下均是稳定的,而采用开环控制时,解曲线被分叉点分割为稳定区域和不稳定区域。反应器温度对1-己烯分压阶跃变化的动态响应表明聚合反应系统存在长、短周期两类振荡,表明冷凝态操作模式下乙烯聚合反应过程是一个多控制回路耦合的复杂过程。     

旋流型气液分离器壁面小孔处气液相分离特性

旋流型管道气液分离器能够实现高气速下的气液分离,而壁面小孔处的相分离特性是决定分离器性能的重要因素。为优化气液分离器的结构与操作参数,文中应用计算流体力学(CFD)模拟方法,基于冷模实验验证,研究了旋流型管道气液分离器内部流场及小孔处的相分离特性。结果表明:气液分离器内两相流流型沿轴向由雾状流向环状流转变,在L/D≤1.0区域内(L为小孔的轴向位置,D为管径),壁面无液膜覆盖,液相分流系数随轴向距离的增加而增加,在L/D1.0区域内,液膜在壁面处形成,液相分流系数较高且稳定在0.007左右;增大小孔直径或小孔两侧压差,小孔内的液相分流系数增加,但分流比降低。研究结果可为旋流型管道气液分离器的优化设计提供理论指导。     

基于静电分选解析聚乙烯颗粒生长与形貌演变

解析聚烯烃颗粒生长过程的形貌演变规律对认识聚合反应机理和调控产品性能至关重要。然而,聚烯烃复杂的颗粒生长行为导致极宽的粒径分布和较大的形貌差异,现有研究关注形貌均一的催化剂破碎生长成初级聚烯烃的过程,缺少对形貌各异的初级聚烯烃后续生长和形貌演化的系统研究。此外,亟需一种能够批量分选不同形貌聚烯烃的手段,支撑聚烯烃颗粒生长形貌的统计解析。基于同质同粒径颗粒摩擦荷电的形貌依赖性,开发了聚烯烃颗粒静电-形貌协同分选技术,实现了尺寸相近的不同形貌聚烯烃颗粒的批量分选,并基于此考察了聚乙烯颗粒生长过程中形貌的分化与演变规律。结果显示,聚乙烯颗粒生长过程中存在普遍的形貌劣化现象,随着粒径增大,颗粒形貌逐渐偏离标准球形;颗粒粒径、形貌、结晶度等的耦合解析表明聚乙烯颗粒存在两种可能的颗粒生长模式和形貌劣化路径：结晶速率过快导致的颗粒破碎和催化剂形貌复制效应导致的形貌劣化。研究方法和结果可为聚烯烃形貌研究和开发高性能聚烯烃催化剂提供重要支撑。     

外加电场下气固流化床的数值模拟

工业流化床中通常存在显著的静电效应,会影响流化床的流体力学特性,并常常带来一定的安全隐患,而引入外加电场可以达到"化害为利"的作用。为了获知外加电场下流化床内的流体力学特性,本文采用CFD耦合静电模型及解耦求解的方式,研究了外加电场下气固流化床内的轴向电势分布和颗粒的运动规律。研究结果表明,传统流化床的轴向电势分布呈Z形,与实验结果一致,引入直流电场后,颗粒自身产生的电场正电势区域明显增大,而负电势区域也有小幅增大。直流电场可以使得壁面处小颗粒的聚集减少,但在床中心出现明显的颗粒聚集。在交流电场下,小颗粒在壁面处的分布比正常流化床时的稀疏。通过对颗粒自身产生电场的分析,发现近分布板区和料位区的电场方向不同,近分布板区的电场指向床中心,而料位区的电场指向壁面。