本文關(guān)鍵詞：固定床催化反應(yīng)器的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：固定床反應(yīng)器(填充床反應(yīng)器)是在化工過程中常見的反應(yīng)器,是指在反應(yīng)器中填充固體催化劑來實現(xiàn)化學反應(yīng)的一種形式。在該類反應(yīng)器的條件中釜內(nèi)流經(jīng)流體與催化劑間可進行有效的相面接觸,具有較高的效率。反應(yīng)時間是表征化學反應(yīng)的重要參數(shù)之一,完全反應(yīng)所需的時間對此反應(yīng)的效率以及進行程度均有影響；而對不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器而言有不同的停留時間及分布。對于具有一定反應(yīng)速率的化學反應(yīng)來說,反應(yīng)時間與反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間的匹配程度十分重要。若二者尺度相近,物料自進入反應(yīng)器到流出反應(yīng)器的時間內(nèi)剛好反應(yīng)完全,即為最優(yōu)狀態(tài),此時化學反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達到峰值。本文采用數(shù)值模擬的手段對八種不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的流場性能表現(xiàn),分別對不同進料管長度、出口位置、內(nèi)構(gòu)件形式的流場進行穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)計算。通過穩(wěn)態(tài)計算分析得出反應(yīng)器內(nèi)流場分布情況,并在此基礎(chǔ)上加入定量示蹤劑進行瞬態(tài)計算,從而得出停留時間分布曲線以及停留時間分布密度曲線。結(jié)果表明,進料管長度為2.6 m的反應(yīng)器效果優(yōu)于長度為3.6 m的反應(yīng)器,反應(yīng)器簡單依靠增加反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件(如氣相分布器)對流場有一定影響但不明顯,但若將反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式改為管式反應(yīng)器,則反應(yīng)物的停留時間分布明顯優(yōu)于其他幾種,而物料出口設(shè)置在釜底更具有相對較好的性能。在反應(yīng)器流場性能研究的基礎(chǔ)之上,還對三種類型的在不同反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及進料條件的條件下的表現(xiàn)進行了研究。研究中選用的三種化學反應(yīng)反應(yīng)速率相差較大,活化能不同：甲烷氧化反應(yīng)(高活化能慢反應(yīng))、乙醇燃燒反應(yīng)(高活化能快反應(yīng))、脫硝反應(yīng)(低活化能快反應(yīng))。通過研究發(fā)現(xiàn),不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器之間的停留時間差距較大。相同時間內(nèi),列管式固定床反應(yīng)器的停留時間最短,示蹤劑流出比例占總量的53.2%,而停留時間最長的改進出口結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器示蹤劑流出比例占總量的33.2%。選用的兩種結(jié)構(gòu)反應(yīng)器中甲烷氧化反應(yīng)的完成程度都十分低。對于乙醇燃燒反應(yīng)來說,帶分布器的反應(yīng)器中乙醇轉(zhuǎn)化率可達60%,效果更好。而對SCR脫硝反應(yīng),列管式反應(yīng)器中一氧化氮轉(zhuǎn)化率接近90%,表現(xiàn)更優(yōu)。
【關(guān)鍵詞】：固定床 氣相催化反應(yīng) 停留時間分布 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ052
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 符號說明14-15
• 第一章 文獻綜述15-29
• 1.1 固定床催化反應(yīng)器的背景及應(yīng)用15-16
• 1.1.1 固定床催化反應(yīng)器的背景15
• 1.1.2 氣固相催化反應(yīng)器的應(yīng)用15-16
• 1.2 固定床催化反應(yīng)器流體力學特性16-18
• 1.2.1 流場形態(tài)16
• 1.2.2 停留時間16-17
• 1.2.3 空速17-18
• 1.3 固定床催化反應(yīng)器的CFD模擬研究進展18-22
• 1.3.1 數(shù)值模擬方法19-20
• 1.3.2 反應(yīng)器的分析方法20-21
• 1.3.3 反應(yīng)器內(nèi)停留時間21
• 1.3.4 固定床反應(yīng)器的CFD數(shù)值模擬進展21-22
• 1.4 幾種氣相反應(yīng)的研究背景與進展22-28
• 1.4.1 氣相反應(yīng)研究背景及動力學模型22-24
• 1.4.2 氣相反應(yīng)的相關(guān)研究進展24-28
• 1.5 小結(jié)28-29
• 第二章 CFD數(shù)值模擬方法及模型29-37
• 2.1 CFD數(shù)值模擬流程29
• 2.2 模擬方法及基本控制方程29-32
• 2.2.1 基本控制方程29-30
• 2.2.2 模擬方法30-31
• 2.2.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證31-32
• 2.3 湍流模型32-33
• 2.4 停留時間的模擬方法33
• 2.5 有限速率化學反應(yīng)的模擬方法33-37
• 2.5.1 層流有限速率模型33-34
• 2.5.2 渦耗散模型34
• 2.5.3 LES的渦耗散模型34-35
• 2.5.4 渦-耗散-概念(EDC)模型35-37
• 第三章 不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣相反應(yīng)器的CFD數(shù)值模擬37-67
• 3.1 不同進料管結(jié)構(gòu)39-46
• 3.1.1 速度云圖與分析39-42
• 3.1.2 流場矢量圖42-44
• 3.1.3 停留時間分布44-46
• 3.1.4 小結(jié)46
• 3.2 改進出口結(jié)構(gòu)46-52
• 3.2.1 速度云圖與分析47-49
• 3.2.2 流場矢量圖49-50
• 3.2.3 停留時間分布50-51
• 3.2.4 小結(jié)51-52
• 3.3 不同內(nèi)構(gòu)件結(jié)構(gòu)52-57
• 3.3.1 速度云圖與分析52-54
• 3.3.2 流場矢量圖54-56
• 3.3.3 停留時間分布56-57
• 3.3.4 小結(jié)57
• 3.4 管式反應(yīng)器57-64
• 3.4.1 速度云圖與分析58-61
• 3.4.2 流場矢量圖61-63
• 3.4.3 停留時間分布63-64
• 3.4.4 小結(jié)64
• 3.5 總結(jié)64-67
• 第四章 氣相反應(yīng)器內(nèi)氣相催化反應(yīng)的數(shù)值模擬研究67-95
• 4.1 甲烷氧化反應(yīng)67-76
• 4.1.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對宏觀動力學的影響68-71
• 4.1.2 進料條件對宏觀動力學的影響71-75
• 4.1.3 小結(jié)75-76
• 4.2 乙醇燃燒反應(yīng)76-85
• 4.2.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對宏觀動力學的影響77-79
• 4.2.2 進料條件對宏觀動力學的影響79-84
• 4.2.3 小結(jié)84-85
• 4.3 SCR脫硝反應(yīng)85-92
• 4.3.1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)對宏觀動力學的影響86-87
• 4.3.2 進料條件對宏觀動力學的影響87-91
• 4.3.3 小結(jié)91-92
• 4.4 總結(jié)92-95
• 第五章 主要結(jié)論及展望95-97
• 5.1 主要結(jié)論95
• 5.2 展望95-97
• 參考文獻97-101
• 致謝101-103
• 作者和導(dǎo)師簡介103-104
• 附件104-105

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1 朱志良;;正確理解活化能和溫度的關(guān)系[J];化學教育;1993年05期

2 陳靜,李健美;活化能與溫度關(guān)系圖的計算機輔助釋疑[J];化學研究;2000年03期

3 劉俊;活化能概念淺析[J];文山師范高等�？茖W校學報;2002年01期

4 韓運晴;劉乃安;;面向固體熱解單一活化能計算的等轉(zhuǎn)化率動力學分析方法研究(英文)[J];火災(zāi)科學;2011年01期

5 陳榮三,張雪琴,王伯康,戴安邦;硅酸及其鹽的研究(Ⅺ)——單硅酸膠凝作用的溫度效應(yīng)和活化能[J];高等學校化學學報;1980年02期

6 羅渝然;;什么是活化能[J];化學通報;1981年04期

7 羅渝然;;怎樣理解負活化能[J];曲阜師院學報(自然科學版);1982年03期

8 熊源熒;活化能與結(jié)構(gòu)因素的定量關(guān)系——一個活化能計算公式的推導(dǎo)[J];武漢化工學院學報;1983年Z1期

9 ;熱解重量法測定活化能[J];橡膠參考資料;1971年08期

10 史振民;;托爾曼活化能解說的普適性[J];延安大學學報(自然科學版);1985年01期

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1 譚廣雷;汪琦;鄭紅霞;張松;劉忠鎖;;非等溫碳酸鈣分解反應(yīng)形核與長大模型的變活化能[A];“國際化學年在中國”——中國化學會第三屆全國熱分析動力學與熱動力學學術(shù)會議暨江蘇省第三屆熱分析技術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 譚廣雷;汪琦;鄭紅霞;趙巍;劉忠鎖;張松;;非等溫動力學中變活化能的有效性[A];2010年全國冶金物理化學學術(shù)會議專輯(上冊)[C];2010年

3 張秀麗;程志國;秦好靜;楊志強;姜浩;劉曉鴻;;化學反應(yīng)速率與活化能測定實驗的微型化改進[A];北京高教學會實驗室工作研究會2009年學術(shù)研討會論文集[C];2009年

4 高紅旭;趙鳳起;胡榮祖;裴慶;郝海霞;徐司雨;邢曉玲;肖立柏;安亭;譚藝;;非線性等轉(zhuǎn)化率分步積分法求解活化能[A];“國際化學年在中國”——中國化學會第三屆全國熱分析動力學與熱動力學學術(shù)會議暨江蘇省第三屆熱分析技術(shù)研討會論文集[C];2011年

5 鄧燕平;軒立新;張明習;柴孟賢;;RTM材料體系浸潤性能研究[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊）[C];2001年

6 曹亮;邢雙英;張佳;王伊蕾;王善鵬;;理論計算研究分子篩微孔內(nèi)烯烴低聚擇形催化機理[A];第十五屆全國分子篩學術(shù)大會論文集[C];2009年

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8 于麗波;蘆令超;常鈞;程新;;硫鋁酸鋇鈣礦物形成動力學的研究[A];第九屆全國水泥和混凝土化學及應(yīng)用技術(shù)會議論文匯編（上卷）[C];2005年

9 劉思俊;俞煒;周持興;;DBS物理凝膠的流變行為和形態(tài)特性[A];中國化學會第28屆學術(shù)年會第7分會場摘要集[C];2012年

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