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。

甲醇催化脱水制丙烯反应器的研究进展

甲醇制丙烯的基础研究和反应器开发取得了很大进展,几种热门的甲醇制烯烃反应器类型已经实现了工业化。总结了甲醇在ZSM-5分子筛催化作用下的反应特征,评述了当前研究比较突出的几种甲醇制烯烃工艺所采用的反应器类型,特别是多级绝热固定床、流化床、移动床反应器;分析了Lurgi公司多段绝热反应器的主要问题,即催化剂颗粒内扩散严重和烯烃停留时间过长,并由此提出了应用于甲醇制丙烃过程的结构化反应器和自热式反应器。

环形分布器内变质量流动的CFD模拟研究

环形分布器是实现导热介质在列管式固定床反应器壳程均匀流动的关键部件,文中采用计算流体力学方法(CFD)对环形分布器内的变质量流动进行了模拟研究。首先计算了环形通道内的速度和静压力分布,在此基础上研究了穿孔阻力系数随开孔几何结构以及入口流体流速的变化规律。模拟结果表明:环形通道内存在较明显的速度梯度和压力梯度;随着流体不断分流,在流道内的流动速度不断减小,静压力逐渐增大。因此,需要沿流动方向将开孔直径逐渐减小,以增大穿孔阻力,从而实现流体的均布。对穿孔阻力系数变化规律的研究结果表明:穿孔阻力系数ξ与出口和主流道的流速比ui/u、厚径比δ/di和入口雷诺数Re0有关。在模拟范围内,ξ先随ui/u的增大而减小,到达一个临界值后,ξ不再随ui/u的增大而变化;δ/di对ξ影响不太明显;当Re0属于湍流范围时,ξ随Re0的变化不太明显,但是总体随Re0的增大而减小。

平行流列管式固定床反应器分布板的开孔规律

采用动量方程建立了平行流列管式固定床反应器管外流动模型，计算出管外压力分布和速度分布，并用角度为６０°的片状平行流试验模型加以验证，试验结果和模型计算结果取得了良好的一致性。在此基础上，研究了实现管外流动和传热均布的分布板环隙和小圆孔的调节方法。

列管式固定床反应器设计的限制条件

在对列管式固定床反应器内传热过程合理分析的基础上 ,提出了热稳定性、温度灵敏性及床层压降对列管式固定床反应器设计和选择适宜操作参数的限制条件。这些条件也可以作为避免列管式固定床反应器不稳定性和温度灵敏性的实用设计判据。由于这些判据是以常见的反应器设计参数 (管径、管长及催化剂性质等 )表达出来 。

列管式固定床反应器热稳定性和参数敏感性

阐述了反应系统出现参数敏感的理论依据和各主要操作参数对反应系统热稳定性和参数敏感性的影响 ,及列管式固定床反应器热稳定性和参数敏感性的研究的近期进展 。

环形分布器的流场分析

环形分布器是改善列管式固定床反应器壳程流体均布性能的重要构件。文中采用实验和数值模拟相结合的方法对环形分布器的流体流动特性进行了研究,分析了影响环形分布器流体均匀分配的基本因素,提出了3种改善环形分布器流场均布性能的手段,为优化环形分布器的结构参数和操作参数提供参考和帮助。

B02催化剂上丁烯氧化脱氢换热床反应器模拟

采用工业及２５０ｍＬ小试绝热床的实际数据，回归求得Ｂ０２催化剂上丁烯氧化脱氢反应宏观动力学模型；应用一维拟均相模型，对工业绝热床、等温床及几种型式的换热床反应器进行模拟．结果表明：自热式换热床反应器在丁二烯选择性和催化剂寿命方面均优于工业绝热床反应器．

平行流列管式固定床反应器管外流体的模拟

运用计算流体力学软件 FLUENT6.1对平行流列管式固定床反应器环形流道及管间流体的流动进行数值模拟。模拟结果表明,流体进入环形流道后流速急剧变化,要达到环形流道内侧壁沿圆周流量均匀分配,就必须在不同的位置开不同尺寸的孔,反应器进口挡板和分布板的设置使管间流体在进入反应器后径向分布基本均匀。建立冷模实验装置,测定流体在反应器管间不同高度同一截面上的压力分布,实验结果表明,反应器管间流体达到均匀分布。管间流体压力的模拟值与实验值相比较,两者吻合良好。

并流列管反应器冷却介质的流动与均布

建立了并流列管反应器管外冷却介质流动的计算模型,对不同直径反应器分流室、集流室中流体压力分布、分布板上小孔分布以及环隙孔孔径进行了研究。结果表明:随着反应器直径增大,分流室、集流室中流体压降增大,分布板上环隙孔孔径减小。过小的环隙孔间隙成为反应器加工和装配的瓶颈。增大反应器分流室和集流室高度,对反应器中心进行不布管,可降低反应器分流室和集流室中流体压降,增大分布板上环隙孔间隙。对直径较大的反应器,可同时采用在反应器中心进行不布管以及增大反应器分流室和集流室高度的方法来降低分流室和集流室中流体压降,使分布板上环形孔间隙不致过小。

固定床反应器环形分布器内流场模拟与流体均布性能分析

环形分布器是实现列管式固定床反应器壳程换热介质均匀流动的重要部件。采用计算流体力学方法分析了环形分布器内的静压分布规律,并考察了环形分布器的结构形式,如进口数目、出口数目等因素对流体均布效果的影响。通过计算发现,均匀开孔时,在其它结构参数和进口总流量保持不变的情况下,出口数目对流体均布的影响不是单调的,一定范围内减少出口数目有利于流体均布;增加进口数目有利于环形分布器内各个出口的流体均布。对模拟结果进行分析发现,当总压降与穿孔压降的比值U在0.95～1.06之间时,均匀开孔即能满足流体均布的要求。