合成氨催化剂颗粒的多组分反应-扩散模型计算

基于合成氨反应,利用COMSOL软件建立催化剂颗粒三维多组分反应-扩散模型并进行了验证,模型验证结果与单组分扩散模型结果差距很小;不同形状催化剂的内表面利用率接近,可按照等比外表面积球体进行计算。基于反应器的不同位置对A301催化剂催化过程进行模拟,结果表明：温度、颗粒大小以及反应进程是影响催化剂内扩散效率因子的重要因素。不同反应阶段的扩散效应差异较大,在反应速率较快且内扩散阻滞大的初期,通过减小催化剂粒径提高其内扩散效率因子效果明显,催化剂粒径和内扩散效率因子几乎呈线性负相关关系;反应中后期由于接近化学平衡,催化剂内扩散效率因子可维持在0.95以上的较高水平,且反应对温度和颗粒大小变化不敏感,此时可选取较大粒径催化剂以降低床层压降。     

纤维截面形状对纤维捕集效率及压力损失的影响

为研究纤维截面形状对纤维过滤器性能的影响,采用Visual Basic的应用程序版(VBA)随机生成不同几何截面形状的虚拟纤维过滤介质,通过计算流体动力学(CFD)技术求解流体在纤维介质流动的动量方程,得出不同几何截面形状纤维的压力损失.采用拉格朗日方法统计被纤维捕集颗粒数,获得纤维介质的捕集效率.采用质量因子综合评价模拟纤维过滤介质的过滤性能,研究不同几何截面形状纤维的异型度和形状系数对其捕集效率、压力损失以及质量因子的影响.模拟结果表明:压力损失随着形状系数的增大而增大;在填充率小于0.20时,三叶形纤维的捕集效率最高且压力损失最大;异形度、形状系数大的纤维对直径小于2μm的颗粒具有较好的捕集效果;在纤维直径为30μm时,对于颗粒直径小的粒子,三叶形纤维的综合过滤性能最好,而当纤维直径为5μm时,圆形纤维的质量因子最高.     

等温催化剂的浓度分布及效率因子

采用正交配置对法对多孔催化剂颗粒内反应物浓度分布进行了计算，在此基础上可以获得催化剂效率因子的值，提出了计算催化剂颗粒死区半径的方法，采用这种方法可以直接确定催化剂颗粒死区的半径和效率因子。     

微膨胀床反应器压降及轴向扩散特性研究

以多孔的球、齿球和三叶草形催化剂为填充颗粒,考察了微膨胀床反应器的床层压降及液相总的和局部的轴向扩散特性。结果表明,3种催化剂床层压降都随表观液速的增大而增大,随表观气速的增大而减小;球形催化剂的床层压降最大,三叶草形催化剂的床层压降最小。通过示踪-响应法测定示踪剂在微膨胀床反应器中的停留时间分布,求取了床层总的和局部的彼克列数Pe。结果表明,3种催化剂总的彼克列数都随表观液速的增大而增大,随表观气速的增大而减小;局部的彼克列数随着催化剂床层轴向高度的增加而减小。3种催化剂床层的总的彼克列数大小依次为:球形最大,齿球形次之,三叶草形最小。     

错流移动床内气固两相流动特性的研究

建立了错流移动床气固两相流动的实验系统。研究了错流移动床内单相流动和两相流动时的压降、颗粒流动对压降的影响;以及颗粒尺寸、形状对床内压降的影响。结果表明床层压降随着气速的增大而增大;气速越小,气体沿床层高度分布越均匀。颗粒流动对整床压降几乎没有影响。颗粒的粒径越小,床层压降越大。不同形状的颗粒由于空隙率和堆积结构不同导致床层压降不同,椭球形颗粒压降最大,圆柱形颗粒压降最小。另外,建立了计算不同尺寸圆柱形颗粒的压降的关联式,预测值与实验值十分吻合。     

异形多通孔催化剂工程研究II. 12孔及24孔α-Al2O3颗粒曲折因子测定

采用色谱法，在单颗粒线反应器中对两种异形多通孔催化剂的曲折因子进行了测定。通过计算机数据采集、处理系统处理实验数据，得到两种催化剂的曲折因子分别为：12孔环柱形颗粒δ=2.55，24孔环柱形颗粒δ=2.43。     

多孔催化剂内二级反应反应物浓度分布及催化剂效率因子

应用变量代换、摄动分析和级数展开的方法, 求解了颗粒催化剂内二级反应的反应扩散方程, 得到了催化剂颗粒内的反应物浓度分布的级数近似解, 并由此得到了效率因子表达式, 与数值解比较表明计算精度较高     

多孔催化剂非线性扩散—反应边值问题的近似解

基于大参数的假设提出了求解多孔催化剂内部非线性扩散—反应边值问题近似解的方法。在近似解的基础上，得到了计算有效因子的数学表达式。针对幂函数型动力学方程和Langmuir－Hinshelwood型动力学方程，计算了三种不同形状催化剂颗粒的有效因子。计算结果表明有效因子近似解与用数值方法求得的数位解在较宽多数范围内很吻合。本文提出的有效因子计算方法使用方便，计算快速。     

用改进的一点配置法计算催化剂有效因子

采用本文第（Ⅰ）报提出的计算多孔催化剂有效因子的方法,针对三种不同形状的催化剂颗粒,对幂函数型动力学方程和双曲动力学方程进行了大量的计算,采用改进的一点配置法所得得计算结果与正交配置解符合。改进的一点配置法的优点是使用简便,计算快速。采用改进的一点配置法还可以计算催化剂颗粒“死区”半径。并且计算结果合理。     

多叶形纤维成形动力学模型及产品开发实验研究

首先推导了纺丝动力学数学模型及多叶形纤维截面形变动力学模型,并将两者相结合,建立了多叶形纤维纺丝成形模型.在此基础上,进行实验确定了各种不同形状时的形状系数,通过计算机数值模拟计算出多叶形纤维纺丝时的速度、温度、应力、异形度沿纺程变化情况.最后进行了多叶形纤维的产品开发实验研究.     

原颗粒度催化反应器的研究与有效扩散系数的测定

本文研究了一种理想的原颗粒扩散反应器,它能确定化学反应的速率,预测和确定传递过程的影响,估计数学模型的参数。本文设计的扩散反应器,能很方便地测定有效扩散系数和泰勒(Thiele)模数,同时能探讨催化剂的中毒机理。     

基于BP神经网络的催化剂烧结图像识别

为了丰富化工催化剂产品活性的识别方法,通过对化工催化剂使用过程中的图像进行滤波、分割,利用灰度共生矩阵提取部分重要的特征值。提出了用BP神经网络训练成化工催化剂产品活性识别器的新方法。实验结果表明:对化工催化剂产品有效性识别率高,减少企业对催化剂的盲目使用,节约了生产成本。     

正丁烷选择氧化反应制顺酐动态动力学模型的建立

在矾磷复合氧化物(VPO)催化剂上,对正丁烷选择氧化制顺酐反应进行动态动力学模型化研究.结合原位傅立叶漫反射红外光谱瞬态实验获得的正丁烷选择氧化制顺酐反应网络结果,对以变价金属复合氧化物为催化剂,按照氧化-还原机理进行的一类烃类选择氧化反应,提出一种考虑分子氧的解离吸附和吸附氧可逆转化且计及催化剂体相存在非线性扩散的动态动力学模型化的方法,并介绍模型的建立及求解过程.     

工业用间二甲苯氨氧化催化剂的表面吸附特征研究

用低温N2吸附及H2O，C6H6和m-C6H4(CH3)2等探针分子静态吸附以及NH3－TPD等方法考察了工业用间二甲苯氨氧化生产间苯二甲腈催化剂VCB1，VCB2和VCM表面吸附特征。结果，VCB1，VCB2和VCM催化剂均具有中孔（15－40nm）结构，反应物分子在孔道中的扩散不构成吸附过程的控制步骤，催化剂对反应组分的吸附能力取决于催化剂表面亲合力。VCM对m-C6H4(CH3)2新合力较强，其表面对H2O和NH3的亲合力弱是该催化剂在使用过程中深度氧化产物较多的可能原因之一，结果为催化剂改性提供了理论依据。     

在Pt/Al_2O_3催化剂上内扩散对异丁醇完全氧化动力学的影响

用外循环无梯度反应器研究了内扩散对异丁醇完全氧化动力学的影响。当催化剂颗粒在30～40目时反应在动力学区域进行。异丁醇完全氧化的动力学方程服从异丁醇及O_2吸附,CO_2吸附阻碍的L-H模型。当催化剂颗粒增大到4mm时,异丁醇完全氧化发生在内扩散区域。催化剂有效因子在0.47～0.75之间。它表明反应受内扩散控制。内扩散区域的表观活化能为动力学表观活化能及O_2分子扩散活化能之和的一半。用常微分方程的试射法及梯形法标出O_2在催化剂孔内的压力分布。     

钯催化用于氢气除氧的实验研究

以活性氧化铝为载体,采用超声波浸渍法制备一系列不同钯含量的催化剂,将此催化剂用于除去氢气中的微量氧气的实验。实验测定含有一定氧气的氢气在钯催化作用下,催化剂钯含量和氢气空速对出口氧气浓度的影响,采用红外线热成像方法对催化床层反应区域进行了检测。实验显示,随空速增大,氧气转化率降低。出口氧含量曲线在空速为9s-1和15s-1两处拐点,且钯含量越高,拐点越明显。这些现象表明,在氢氧催化反应中,内扩散为反应的主要控制步骤,在钯含量高于0.2％,提高钯含量对催化反应影响不明显。采用较低的钯含量、较小颗粒、较大催化剂装填量有利于提高除氧反应效率。     

有序立方介孔短孔道有机金属铑催化水介质清洁有机反应

绿色化学是实现化工生产源头控制的必由之路.水介质有机反应是重要的发展方向,可有效地去除有机溶剂挥发和排放造成的污染.通常采用均相催化剂,但由于其难以回收,导致成本较高,甚至存在重金属离子污染的风险.非均相催化可克服上述缺点,但催化效率较低,需要解决传质吸附和活性位微环境的问题.报道了一种新型的三维有序立方介孔短孔道有机...     

合成气在超临界流体及F-T重质烃中的扩散行为研究

对CO和H2在483K、3．5MPa条件下，在充满F－T合成产物（平均相对分子质量400）或超临界正戊烷的催化剂微孔内的扩散速率、孔内气体浓度分布以及催化剂的内表面利用率进行了模拟计算。结果表明合成气在F－T产物中的扩散速率比超临界介质中低得多，从而造成了气相反应中从催化剂孔中到孔内显著的合成气浓度梯度及催化剂内表面利用率的下降，从理论上解释了超临界条件下CO转化率和烃收率优于气相反应的原因。     

Raney Ni催化4-氯酚加氢脱氯研究

研究了在Raney Ni催化剂催化下4-氯酚(4-CP)的液相加氢脱氯,重点考察了溶剂、碱、温度和催化剂用量对Raney Ni催化活性的影响以及催化剂的重复利用.研究结果表明:水的加入解决了NaCl在催化剂表面聚集以致催化剂失活的问题;强碱以及三乙胺的加入则使催化剂活性保持在较高水平;在30℃下催化剂催化4-CP加氢脱氯的活性比较好;随着催化剂用量的增加,4-CP的加氢脱氯反应速率明显加快;催化剂使用3次后活性下降.