一种用于二维稳态固定床的通用计算方法

针对固定床反应器模拟过程难以形成其模型完整通用的计算模块且编程工作量大的问题,提出了一种稳态下固定床反应器中反应物和产物温度及浓度分布的通用计算方法.该方法以关键组分的摩尔分数作为变量,推导出关键组分在物料与热量衡算中的偏微分方程组中的通式,并利用正交配置法求解.同时考虑固定床反应器内气相流速的变化,将其描述为关键组分摩尔分数的函数进一步实现模型的通用性.对于特定的反应,只需提供目标反应的动力学方程及操作条件即可求解.最后利用所提出的方法实现乙苯催化脱氢制苯乙烯与乙炔法制氯乙烯反应过程的模拟,结果表明该方法具有通用性和高效性.     

评估氯乙烯固定床反应器管径对反应的影响

乙炔法合成氯乙烯,国内普遍采用固定床反应器。理论上澄清固定床反应器中管径对反应的影响,具有重要的意义。文献[1]专门报道过管径的理论问题,由于该文引证的数学模型过于简化,计算结果难以反映问题的全貌。本文用拟均相、活塞流二维模型的计算方法[2],在计算机上作了较全面的考察。考察的结果对不同管径的影响获得了新的认识。     

活性碳上羧酸根锚定AuCl_3催化乙炔氢氯化反应的理论研究

采用密度泛函的B3LYP方法,运用分子模型对活性碳(AC)上羧酸根负载AuCl_x催化剂的活性结构、稳定性以及催化乙炔氢氯化的反应机制进行了理论探讨:结果表明:AuCl_3催化剂可以被表面羧酸根单原子级分散锚定,形成AC-COOH-AuCl_3表面活性中心,进而在氢氯化过程中与乙炔发生协同加成反应生成氯乙烯;同时形成具有螯合结构的表面活性中心AC-CO_2AuCl_2,进而催化遵循分步反应异步加成机制的氢氯化反应,即乙炔活化吸附到Au(Ⅲ)中心,HCl异裂亲核加成到乙炔伴随羧酸根质子化,分子内质子迁移形成Au(Ⅲ)-氯乙烯d-!配键络合物,脱除氯乙烯恢复AC-CO_2AuCl_2螯合结构.计算还表明,AC-COOH-AuCl_3表面活性中心比Au_2Cl_6催化组分更不易与乙炔发生Au(Ⅲ)→Au(Ⅰ)的还原反应.     

Au-K/C催化剂用于乙炔氢氯化反应制氯乙烯的催化性能

采用过量溶液浸渍法制备了用于乙炔氢氯化反应的Au-K/C催化剂,并对其进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和BET表征。分析结果表明,Au-K/C催化剂活性组分在载体表面高度分散。在常压固定床反应器中,通过考察温度、空速和反应物配比对Au-K/C催化剂活性的影响,得到了基于Au-K/C催化剂的乙炔氢氯化反应的优化条件,即:反应温度170℃,乙炔空速120 h-1,原料配比VHCl/VC2H2=1.10。在该条件下,对Au-K/C催化剂连续进行120 h的活性考察,结果显示催化剂活性无明显降低,乙炔转化率大于96.0%,氯乙烯选择性不低于99.5%。     

关于电石乙炔法合成氯乙烯的工艺及其设备探究

使用电石乙炔法合成氯乙烯是一种比较常用的方法。本文概述了电石乙炔法合成氯乙烯的反应机理以及反应工艺流程,并从反应物配比、反应物温度、催化剂活性三个方面探究了影响合成氯乙烯转化率的影响因素,介绍了目前合成氯乙烯主要设备的发展以及应用情况,希望能够为相关方面的研究提供一定的指导作用。     

高剪切反应器对乙炔二聚液相催化反应的影响

乙烯基乙炔作为乙炔的下游产品,是生产氯丁橡胶和胶黏剂的重要原料,传统生产方法是由乙炔在纽兰德(Nieuwland)催化剂下发生二聚反应制得,反应器为鼓泡床反应器为主,但由于其气液传质传热效率相对较低,该反应中乙炔单程转化率和乙烯基乙炔的选择性较低。基于此,本文研究将高剪切反应器应用于乙炔二聚气液反应,结果表明:在传统的Nieuwland催化剂和鼓泡床反应器条件下,乙炔的单程转化率为25.5%,乙烯基乙炔的选择性为76.1%;而在高剪切反应器条件下,由于其高剪切速率,使得催化剂溶液和反应气充分接触,乙炔的单程转化率显著提高,达到43.2%,而乙烯基乙炔的选择性相对保持不变。对于配体改性的Nieuwland催化剂,高剪切反应器对乙炔单程转化率的提升幅度小一些,但乙炔单程转化率也分别达到45.7%(L_1-NC)和50.9%(L_2-NC),同样,对乙烯基乙炔的选择性影响不大。     

α-芳基-β-卤乙烯酮类的合成及其反应(2)氯化汞对于乙炔与醯卤加成反应的促进作用

运用氯化汞为醯卤与乙炔加成时的促进剂,实现了芳香醯卤(苯甲醯氯为代表)与乙炔的反应,以良好的收率得到了苯-β-氯乙烯酮。实现了前人失败了的二氯砜与乙快的加成反应,制得了β-氯乙烯氯砜。以HgCl_2促进氯化乙醯与乙炔的反应时,加快了反应速度(6小时缩短至2点20分),提高了收率(从55%而达80—87%)。 用我们的方法所制得的苯-β-氯乙烯酮和用等的方法制得者物理常数不同。可能这二者的不同是由於反顺异构体的关系。     

碳修饰SBA-15型分子筛在乙炔氢氯化反应中的应用

聚氯乙烯(PVC)是使用最广泛的塑料制品之一,氯乙烯单体(VCM)被应用于合成聚氯乙烯。由于中国贫油、多煤的资源结构,乙炔氢氯化反应被广泛应用于合成氯乙烯单体。本研究以碳修饰的SBA-15型分子筛为载体制备1%Au Cl3/C-SBA-15催化剂,该催化剂对于乙炔氢氯化反应的反应条件如下:反应温度为180℃,体积空速为150h-1,HCl与C2H2的填充比为1.15。通过透射电镜、比表面积测试仪、傅里叶红外仪和拉曼光谱仪等对该催化剂的结构特征和表面形貌进行表征,结果表明:碳被成功地掺杂在SBA-15表面;碳层的存在明显提高了催化剂在乙炔氢氯化反应中的催化活性,并且延长了催化寿命,1%Au Cl3/4C-SBA-15的乙炔转化率可以达到90%。采用X射线衍射(XRD)、比表面积测试法(BET)以及热重分析(TGA)分析催化剂的失活原因,结果表明Au3+被还原成AuO、金颗粒的团聚以及积碳是引起催化剂失活的主要原因。     

金属负载变形石墨烯催化乙炔氯氢化反应机制

采用密度泛函的计算方法,研究使用变形石墨烯作为载体,系列二价金属催化剂(HgCl_2、PdCl_2、MgCl_2)催化C_2H_2和HCl的微观反应机制.设计3种不同的反应路径,通过比较每条反应路径的速控步骤的活化能大小,确定每种催化剂的最佳反应路径,并将研究结果与二价催化剂负载在石墨烯上催化C_2H_2产氯乙烯进行对比,通过观察反应活化能的变化,表明载体不同对催化剂催化乙炔生成氯乙烯反应的催化活性也有一定影响因素.     

放射性废物蒸汽重整垂直管内流场反应耦合数值模拟研究

近年来,蒸汽重整技术在放射性有机废物处理方面得到了越来越多的关注。蒸汽重整的矿化还原反应炉主要采用流化床结构。其反应器内部的流场呈现多维耦合的特性,针对反应器内部多维耦合流场进行分析是优化反应器结构、确定反应参数的必要步骤。建立了包含气固两相流及树脂热解反应的耦合模型;并以小型蒸汽重整垂直管反应器为研究对象,对垂直管的表观气速及垂直管结构、垂直管内多维耦合流场进行了分析,确定了垂直管反应器的最佳结构参数及含固率分布。计算结果表明,扩径比为1∶2时,垂直管内的反应状态最佳。热态下固含率在提升管变径段内有所下降,但颗粒流型基本保持不变。     

费托合成反应器的技术进展

费托合成反应器是间接液化的核心技术之一,该文介绍了费托合成反应器的种类、特点及其主要开发过程,对固定床、流化床和浆态床三种反应器的特点进行了分析对比。因浆态床具有生产能力大、传热效率高、可在线更新催化剂、制造成本低等优点,也是费托合成工业开发的主要发展方向。浆态床反应器开发的关键是固液、分离、反应热移取、气体分布器的研究和开发。     

醋酸乙烯合成环柱状催化剂固定床传热参数

采用径向测温方法和拟均相二维模型,对乙烯氧乙酰化合成醋酸乙烯环柱状催化剂在固定床中的传热特性按工业生产条件进行了测定,并考察了催化剂尺寸对传热性能的影响。对实验数据分别用有限差分法及正交配置法进行处理,得到了固定床一维热系数ｈ,二维径向传热参数Ｋｅｒ,ｈｗ与雷诺准数Ｒｅ的关系式。     

环形流化床生物质热裂解反应器的传热分析

 环形流化床热裂解反应器结构紧凑,热效率较高,具有良好的应用前景.本研究对环形流化床内传热过程进行分析.利用解析法,构建了环形反应器稳态传热的计算模型,并用C语言进行编程和求解,得出了反应器各参数随流化气速变化的关系.同时,应用数值法得出相应流化气速下反应器热量损失与壁面温度,并与解析法进行对比.结果显示,反应器在流化气速为0.02~0.24m/s下工作时,随着流化气速的升高,总传热系数上升,燃烧室外壁面温度降低,保温层表面温度升高,单位长度上的热损失呈上升趋势.与传统流化床反应器相比,环形流化床反应器的热损失较低.解析法与数值法得出的结果具有较高吻合性,对于流化床反应器内传热效果的分析具有指导性意义.     

气固催化反应流动的CFD-DEM模拟研究

针对复杂气固催化反应流动系统,提出一种新的气固催化反应流动的模型框架,即CFD-DEM反应流模型框架,计算流体力学（CFD）方程用于描述气相的流动和传递行为,离散单元法（DEM）用于描述颗粒相的运动。结合石油催化裂化（FCC）过程,考虑颗粒间传热和气固相间传热模型、催化剂颗粒瞬态失活模型以及FCC过程的4集总动力学模型,建立完整的CFD-DEM反应流模型。应用所建模型模拟在不同剂油比操作下高2m,宽0.05m的二维提升管和下行式反应器内的FCC过程。由于能实时追踪各个催化剂颗粒的运动、传热和化学反应行为,模拟结果直接揭示了不同的流动结构和颗粒返混行为对反应器性能（如汽油、焦炭等产物的选择性）的影响。此外,方法论本身可推广至FCC过程以外的气固相催化或非催化过程的精细描述。     

新型金属氢化物反应床传热性能分析

运用计算流体动力学（CFD）方法,对弓形折流板壳管式金属氢化物反应床进行了数值模拟.预测了反应床壳侧的流体流动状态,分析了在不同折流板数量下,反应床中壳侧的流动状态、壳侧压降和换热管内合金的温度分布.分析计算结果发现,当壳侧折流板数较多时,热流介质的流动均匀性较好,其流动死区较少,换热性能较好,壳侧压降也较大,压降损失主要存在于折流板圆缺处;增加折流板高度会有效地减少壳侧压降,并对换热性能影响很少.针对弓形折流板壳管式反应床传热性能较差,引入螺旋式折流板对反应床进行优化.结果表明,该反应床流体流动状态为旋转式,其壳侧流体的均匀性、壳侧压降以及换热管的温度分布均匀性均明显优于弓形折流板.
关键词： 中图分类号： 文献标志码： A


Abstract：     

流化床烧炭再生的传热分析

研究了流化床反应器内烧炭再生时气-固间的传热机理,建立了气-固传热面积模型和床层瞬态传热模型,并将模型计算值与实验测定值进行了对比,二者符合良好.结果表明结焦催化剂高温再生过程中,气、固间存在显著温差.     

水火弯板计算中高斯分布热源模型各参数的实验确定

水火弯板数值计算所用高斯分布的热源模型中热流密度由热效率和热源半径决定,而热效率和热流密度主要取决于乙炔流量。通过实验与计算相结合的方法确定水火弯板常用乙炔流量范围内效率及热源半径与乙炔流量间的关系,并根据热效率及热源半径的取值偏差对计算结果的影响进行分析。结果表明,它们间的关系能满足水火弯板数值计算的精度要求。     

氧热法电石生产复合床反应器预热区的设计计算

针对氧热法电石生产工艺中复合床反应器预热区高温CO和原料层进行热交换的体系,建立了计及原料颗粒内热阻的移动床气固两相换热模型。重点考察了反应器预热区气固两相温度的分布,计算了不同原料粒径和不同预热区直径条件下,达到反应器换热要求所需要的换热高度,并得到了气固两相温度分布的解析解。结果表明：（1）颗粒粒径较大时（ε的值小于33）,颗粒内热阻成为气固两相换热过程的控制步骤,综合考虑床层透气性和床层压降等制约条件,在可选范围之内应优先选用直径为1cm的原料;（2）移动床气固换热过程主要受控于ε、β和γ这3个无因次参量,并且主要受控于ε;（3）气固两相温度分布的解析解,能为此类颗粒移动床换热过程提供初步设计依据。     

催化裂化提升管反应器流动反应模型的建立

基于流体力学和稠密气体分子运动的基本理论 ,建立了气粒两相流的颗粒动力学模型 ,并结合催化裂化反应的集总动力学模型建立起催化裂化提升管反应器内原料油气和催化剂颗粒两相流传质、传热、反应的三维模型 ,用于考察提升管内催化裂化反应历程。给出了模型方程的数值解法、边界条件和差分方法 ,编制了模拟计算程序。模拟计算了催化裂化提升管反应器喷嘴附近催化剂颗粒的流动特征。模型的计算结果与炼油厂实际标定的提升管出口组分浓度相一致 ,表明了模型的合理性。对喷嘴附近催化剂颗粒流动特征的考察表明 ,催化剂的速度存在极度的非均匀性分布 ,喷嘴附近催化剂颗粒严重滑落     

金属氢化物反应器的设计与过程模拟

针对工业废热回收装置的要求，提出了一种新型的环盘式化学热泵反应器．该反应器采用多组配对环盘装填金属氢化物，环盘面积取壳体截面积的50％～80％，具有结构紧凑、反应传热均匀、工业调控方便等优点．应用多元价值取向模型进行的多种反应器方案的系统评估表明，新型反应器的综合评价指标优度为0．898，明显优于其他类型．采用有限容积法对描述反应器动态过程的非局部热平衡模型进行了离散求解，模拟结果证明新型反应器的工作过程较为快速和均匀，操作周期在0．5h内，适用于工业热能的回收利用；同时，为平衡氢化／脱氢过程反应传热的不对称性，应尽可能强化氢化传热过程与脱氢反应过程．