颗粒分辨的乙炔选择性加氢固定床反应器数值模拟

乙烯产量是反映国家石油化工发展水平的关键指标。构建了颗粒分辨的乙炔选择性加氢固定床反应器模型,分析圆柱形颗粒堆积结构对传递过程以及操作条件对其反应性能的影响。结果表明,床层压降主要集中在反应器入口段,该段乙炔加氢反应速率最高,但在后半段催化剂颗粒未被充分利用,而且反应器内存在明显的径向温度梯度。入口压力的增加和空速的降低均有利于提升乙炔转化率,但同时会降低乙烯选择性,其中乙烯选择性对压力更敏感,而乙炔转化率对空速更敏感;反应温度和氢炔比的提高均有利于促进乙炔生成乙烯的速率,但会导致乙烯富集在催化剂颗粒的外表面,其进一步向颗粒内部扩散时过度加氢生成乙烷,使乙烯选择性降低。

缠绕管式固定床反应器压降模拟与实验研究

针对装填不同形状颗粒的缠绕管式固定床反应器,建立颗粒床层的物理模型,通过CFD-DEM(计算流体力学-离散元法)耦合模拟的方法,探究颗粒形状和缠绕管结构参数对床层空隙率、流体分布的影响,利用缠绕管式固定床反应器实验台对高雷诺数单相流动状态下的压降进行精确测量。结果表明:缠绕管螺距、层间距越小,床层空隙率越大,管径的变化对空隙率几乎没有影响。球形颗粒床层的流场分布差异较大,圆柱、棱柱颗粒床层流体分布均匀性依次改善。球形颗粒的CFD-DEM耦合模拟结果与实验结果吻合较好,但是非球形颗粒的模拟结果与实验结果存在一定误差。对多种压降预测公式进行对比,最后根据实验结果对常用的Ergun公式、Nemec-Levec公式进行常系数项修正来准确预测压降,研究结果可为缠绕管式固定床反应器设计和压降预测提供参考。

基于CFD-DEM方法与多孔介质模型的管式固定床反应器柱状颗粒床层特性研究

使用计算流体力学与离散元法(CFD-DEM)和多孔介质模型分别对管式固定床反应器进行数值模拟,讨论在不同装填方式与管径比条件下,柱状颗粒床层的堆积特性与单位压降变化规律,并对比两种数值模拟方法计算结果的一致性和计算效率。计算结果表明,混合装填方式比单一装填方式更容易使柱状颗粒床层达到稳定状态。在采用单一装填方式且管径比一定时,床层压降会随入口气速增大而增大,在实际应用中应选择合适的入口气速,以防止设备损坏。当采用混合装填方式时,床层截面压力波动显著减小20.63%,床层颗粒堆积更均匀。对比CFD-DEM与多孔介质模型的计算结果与效率,发现当颗粒雷诺数(Re_(p))小于229时,多孔介质模型与耦合算法得到的床层压降最大偏差为6.3%;当Re_(p)从229增大到458时,床层压降的偏差随Re_(p)增大而增大,最大偏差为13.4%,满足工程误差要求。在计算效率方面,使用多孔介质模型计算所需要的时间是CFD-DEM耦合算法的1320。因此,当管径比大于16.58、Re_(p)小于458时,多孔介质模型对于柱状颗粒床层计算的适用性和可靠性更高。

固定床反应器催化剂装剂方法与展望

催化剂作为影响化学反应的重要媒介,在全球各行各业广泛使用,其装填质量的好坏更是直接影响生产装置的技术经济指标和催化效果。近年来,固定床反应器广泛用于石油化学工业中的气-固相反应和液-固相反应过程,其催化剂装填质量直接影响着装置长周期平稳运行及催化剂的使用寿命。文章针对固定床反应器催化剂装填采用的人工装填、密相装填、机械装填、智能装填等方法进行总结梳理,分析不同方法的优势与弊端,并根据分析结果及当前趋势提出对催化剂装填设备进行改进以提升催化剂装填质量的对策与建议,为实现固定床催化剂智能化装填提供一定理论基础。

固定床反应器制备苯乙烯虚拟仿真实验设计

针对现有的固定床反应器制备苯乙烯实验因实验条件苛刻而难以开设,设计构建了固定床反应器制备苯乙烯虚拟仿真实验。实验高度还原了利用固定床反应器以乙苯为原料制备苯乙烯的过程,介绍了虚拟仿真实验设计、教学内容及实施效果,通过仿真软件平台可对学生的课前、课中、课后进行精准的管理与评价,解决了高风险实验在实验教学中的实施难题,切实提高了学生的实践能力。

列管式固定床反应器安全设计

文章以某项目列管式固定床反应器项目为依托,运用美国防火协会NFPA68—2018的泄放面积估算标准对生产泄放装置进行设计,确定了特定输入条件下爆破片的泄放面积和安装位置。针对实际运行工况选择合适的爆炸参数,并结合数值模拟手段进行验证,最终为列管是固定床反应器安全设计提供了一种选型方法。

固定床反应器上挤条小晶粒TS-1催化丙烯环氧化反应(英文)

采用纳米TS-1母液作为晶种,在四丙基溴化铵(TPABr)-乙胺廉价水热体系中,合成出晶粒尺寸为600nm×400nm×250nm的小晶粒钛硅分子筛(TS-1),用挤条法将其成型,得到的挤条小晶粒TS-1被用于催化固定床反应器中的丙烯环氧化反应.采用X射线衍射(XRD)光谱,傅里叶变换红外(FTIR)光谱,紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱及氮气物理吸附对挤条成型的小晶粒TS-1进行表征,并对丙烯环氧化的最优反应条件进行考察.其中所考察的条件包括:反应温度,压力,丙烯/H2O2摩尔比(n(C3H6)/n(H2O2)),丙烯、甲醇及H2O2的质量空速(WHSV)以及NH3·H2O浓度.在所考察的范围内,温度对环氧丙烷(PO)收率的影响较小,当反应压力为2.0MPa,n(C3H6)/n(H2O2)为4时,可以得到最高的PO收率.当丙烯、甲醇及H2O2的空速分别为0.93、2.5及0.25h-1时,PO在产物中的含量最高.较低的NH3·H2O浓度对高PO收率更有利.在优化的反应条件下,对比不同晶粒大小TS-1的催化性能,并考察了挤条小晶粒TS-1的长期运转性能,连续反应1000h,H2O2转化率及PO选择性仍能维持在95%以上.

列管式固定床反应器管束间单相流动与传热的CFD研究

为研究列管式固定床反应器壳程内换热介质的流动与传热特性,采用数值模拟的方法求解得到壳程流体速度与温度分布场。模拟结果受湍流模型影响,将壳程传热膜系数和压降的CFD模拟结果与经验方法结果进行比较后选择偏差最小的realizable k-ε湍流模型。模拟结果显示换热介质在反应器壳程内的流动与传热分布不均匀,折流板前背部存在漩涡和传热死区,错流区和折流板缺口区的传热效果较好。为验证CFD模拟结果的可靠性,将不同传热量和进口流量条件下的模拟结果与经验方法结果进行比较,偏差在可接受范围内。

径向流固定床反应器内流动规律的数值模拟

采用计算流体力学方法,从计算流体力学的基本方程出发,引入孔隙率和阻力系数,建立径向固定床反应器内流体流动的数学模型。在计算流体力学商业软件 FLUENT6.1上,对4种流动类型径向流固定床反应器内流场进行了数值模拟研究,得到了固定床反应器内详细的速度和压力分布情况。模拟结果表明,在径向流固定床反应器中,在床层阻力作用下,大部分气体沿径向方向流过床层,在床层中部速度分布比较均匀。4种流动类型反应器中,离心流动优于向心流动,离心Ⅱ型优于离心 Z 型;向心 Z 型反应器内流体流动的轴向分布最不均匀,其次为向心Ⅱ型、离心 Z 型和离心Ⅱ型,离心Ⅱ型反应器中流体流动分布最均匀。

甲烷催化部分氧化制合成气固定床反应器的热波研究

研究了 甲烷部 分氧化（ Ｐ Ｏ Ｍ） 反 应 在 固定 床 反应 器 中 轴向 的 温度 场 分 布（ 或 热波 分 布） ．催化剂 床层的 热波呈不 对称分布 ，入口段 温度高 于出口温 度，热波 峰值位于 入口偏下 处． 考察了空速、ｎ（ Ｃ Ｈ４ ）／ ｎ（ Ｏ２ ） 比值、高 径比 等对 热波 分 布的 影响 ，结 果表 明： 相 同外 温 下，增 加 空速 导 致 热波峰温升 高； 随 着 ｎ（ Ｃ Ｈ４）／ ｎ（ Ｏ２） 值 的降低，目 标产物 Ｈ２ 和 Ｃ Ｏ 的深度 氧化（ 强放 热） 加强， 故热 波峰温升高 ； 适当 降低催 化剂床层 的高径 比有利于 降低热波 峰温和 提高反应 性能． 催化 剂用 载体 稀释后，由于 Ｈ２ 和 Ｃ Ｏ 深度氧 化反应 的加强，导 致热波 峰温 升 高． 不同 高 度催 化剂 床 层的 热波 特 征揭示， Ｐ Ｏ Ｍ 反应 主要在入 口段一 薄层区域 内进行 ，此区域近 似呈等 温分布，说 明 Ｐ Ｏ Ｍ 反应遵 循直接氧化机

固定床反应器内气体预分布器研究

研究了直径1 000 mm,高3 000 mm的固定床冷模装置中气体预分布器对反应器内气流分布的影响。结果表明:气体分布器可改变床层内气流流形并使径向气流的速度分布趋于均匀;随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;分布器的环隙高度在一定的范围可使反应器内气流的不均匀程度相对较好。应用计算流体力学软件CFX对固定床反应器内的流场进行模拟计算,并与大型冷模试验测试结果进行比较,模型计算值和冷模试验测量值吻合较好。

固定床反应器中乙烯环氧化模拟计算及分析

采用二维拟均相反应器数学模型对国产 YS 型银催化剂的反应性能和反应器运行状况进行了模拟计算和操作分析,并与工业实际数据及相关实验研究结果进行了比较。计算结果和分析表明,相同反应操作条件下,提高乙烯和氧的浓度可加速反应的进行,增加环氧乙烷的产量,其中氧浓度的影响更大,其浓度提高可明显增加 EO 的选择性;二氧化碳对主、副反应均有抑制作用,其浓度提高对生产不利;适当增加抑制剂 EDC 的量有利于提高催化剂的选择性;提高操作空速有利于改善反应状况和提高 EO 产量。分析表明,甲烷致稳较氮气致稳具有明显的优越性,有利于改善催化剂床层的温度分布、提高反应器运行的热稳定性和 EO 生成的选择性。

固定床反应器的飞温和参数敏感性

以参数敏感性定义作为理论基础和数学依据,证明了热点轨迹拐点是反应系统的参数敏感点,从理论上给出了固定床反应器采用一维拟均相模型,进行一级反应,冷却介质温度不变,且与物料入口温度相等时,反应系统安全操作所允许的温度上限,并利用临界操作曲线热点和超临界操作曲线拐点之间的关系,推导出反应系统安全操作的临界判据,该关联式与El-Swai等人的实验结果吻合很好.

轴向固定床反应器内构件的研究

在直径1000mm、高3000mm的轴向固定床冷模装置中研究了气体分布器和瓷球填料对反应器内气流分布的影响结果表明,随着表观气速的增加,反应器内气流的不均匀程度增加;气体分布器可改变床层内气流流形并使气流的径向速度分布趋于均匀;瓷球填料的阻力作用也可使径向气流的速度分布趋于均匀。合适的气体分布器与瓷球填料联合使用能使催化剂床层中气体的径向压差小于0.08kPa。

氧化铁脱除H_2S的固定床反应器研究

原油在储存、输运过程中会产生油气挥发和H2S气体逸出,对周围环境影响严重,为此提出了采用氧化铁吸附脱除原油挥发气中H2S的工艺.针对氧化铁吸附脱除原油挥发气中H2S的固定床脱硫反应器建立了数学模型,利用COMSOL软件进行了求解,模拟计算出不同条件下固定床脱硫反应器的穿透曲线,并与实验值进行了对照,同时进一步探讨了吸附容量的影响因素.研究结果表明:采用的氧化铁脱硫剂在空速为1500h-1至4200h-1的范围内,穿透硫容随着空速的降低而增加;空速再度下降会导致穿透硫容减小;穿透时间和穿透硫容随温度的升高而增大.另外,在相同空速下,进料H2S浓度的变化只改变穿透时间,不影响硫容的变化.

浸渍活性炭脱除H_2S固定床反应器模型(Ⅰ)──数值分析

建立了浸渍活性炭固定床脱硫反应器数学模型，并用逼近的微分──差分方法进行求解，以此讨论了固定床反应器内气体脱硫过程的一般规律.模拟结果表明，在较低空速下操作以及使用较小颗粒的脱硫剂可以延长床层的使用寿命，提高操作硫容量，而与进料浓度无关.

多级固定床反应器串联的环氧乙烷催化水合制乙二醇工艺的研究

以HCO3-型强碱性阴离子交换树脂为催化剂,采用多级固定床反应器串联的催化水合工艺(简称多级工艺)对环氧乙烷(EO)制乙二醇(EG)的反应进行了研究,并与采用单个固定床反应器的单段工艺进行了对比,考察了水与EO的摩尔比(简称水比)和重时空速对多级工艺中EO转化率和EG选择性的影响。实验结果表明,与单段工艺相比,多级工艺采用多段进料的方式,有效移除反应中放出的热量,降低了催化剂的膨胀率,提高了催化剂的使用寿命;在3个反应器温度分别为77,75,70℃、水比为8、重时空速为2.0h-1、压力为1.0MPa的条件下,连续运行2880h,EO转化率约为99%,EG选择性约为97%。

轴向固定床反应器内压降的数值模拟与分析

固定床反应器的压降变化对化学反应效果影响较大,而以实验为主的研究方法无法实时和形象地表达固定床内压降的变化规律。在CSP概念的基础上,以不同管径比为参数建立了轴向固定床反应器的物理模型;利用计算流体动力学软件FLUENT对空隙率ψ=0.48、0.63和0.69等3种不同的催化剂排布方式进行了数值模拟,结果表明,ψ=0.48时反应器内压降最大,而ψ=0.63、0.69时反应器内出现多个回流区域,其耦合结果使整个反应器内的压降在ψ=0.69时最小。分析认为,对于不同类型的化学反应,应采用不同的催化剂排布方式才能达到最佳的反应效果。

低压固定床反应器中丙烯直接环氧化连续反应

在固定床反应器中,以自制挤条成型的ZSM-5型含钛(TS-1)分子筛为催化剂,采用丙烯气相进料,并预先与双氧水的甲醇溶液混合,系统考察了液体空速、丙烯与过氧化氢摩尔比、反应温度、双氧水甲醇混合溶液中双氧水浓度以及水含量等工艺条件对丙烯直接环氧化连续反应的影响。结果表明:当反应压力为0.7MPa,反应温度为50℃,进料中wH2O2=0.015,进料液体的质量空速为48h-1时,双氧水的转化率和环氧丙烷的选择性分别在90%和85%以上。

乙炔氢氯化固定床反应器的模拟分析

根据对乙炔氢氯化反应动力学以及工业装置实际运行状况的分析,建立固定床反应器拟均相二维有效扩散数学模型.结合中试经验数据,采用Crank-Nicholson方法求解方程并对工业固定床反应器进行模拟计算.模拟结果显示,计算所得固定床内温度和转化率分布与工业数据相符.利用模型计算结果分析发现,当催化剂活性水平较低时,乙炔空速和催化剂活性对反应结果有较大影响,将两者进行关联,可以建立不同催化剂活性水平下的最佳乙炔空速计算公式.通过对工业条件下不同管壁温度和不同反应管尺寸的模拟分析,可知现在工业上设置的管壁温度98℃和反应管尺寸51mm×3.5mm都是合理的.