拟均相一级等温化学反应二维扩散模型的计算分析

本文考虑在平推流中只存在径向扩散的情况，据此建立了一级等温反应的拟均相二维模型；采用等距正文配点法和龙格—库塔法，计算了反应器中的浓度分布，并与解析解进行了比较；当配置点数ｐ＝５时，采用等距正交配点法计算的近似解较接近于解析解。相应微机上的ＱｕｉｃｋＢＡＳＩＣ程序已运行通过。

HCl氧化固定床反应器二维模型验证与管径影响模拟分析

本文建立了HCl催化氧化拟均相二维固定床反应器模型,通过单管实验验证模型的可靠性。分别考察在富氧及贫氧条件下管径对固定床反应器性能的影响,并在最大允许管径条件下,对操作参数进行灵敏度分析。结果表明:当反应管径增大时,由于径向传热能力的减弱,引起了显著的径向温度梯度,但在计算范围内,未出现明显的浓度梯度。当HCl与O_2的流量之比(F(HCl)/F(O_2))=6和1时,反应器最大允许管径分别为45和32 mm,反应管入口温度和换热介质温度均不宜超过380℃,最佳m/F(HCl)分别为4 228和1 923 g·min/mol,在此条件下,每克催化剂上Cl_2产率分别达到0.34和10.8 g/h。

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.

合成碳酸二甲酯宏观动力学及反应器数值模拟

在固定床反应器中研究了PdCl_2-CuCl_2-KOAc/AC催化剂上甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)反应的宏观动力学,建立了以CO、O_2、甲醇分压表示的幂函数动力学模型,统计检验表明所得模型具有较高的可信度。依据动力学模型,建立了用于该反应过程的固定床反应器二维拟均相模型,借助Matlab软件,模拟分析了空速、原料组成、进口温度、操作压力和管外介质温度等因素对反应过程的影响。模拟计算结果显示,操作压力和空速对反应器的热点温度影响显著,而甲醇的转化率及DMC对CO的选择性受原料组成影响较大。优化确定了在PdCl_2-CuCl_2-KOAc/AC催化剂上甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯适宜的条件为进料组成CH_3OH/CO/O_2的体积比为0.20:0.27:0.53,空速7 500 h^(-1),进口温度160℃,操作压力0.30 MPa。在该条件下,床层的热点温度为214.96℃,甲醇的转化率为51.69%,DMC对CO的选择性为65.92%。

Mathcad软件用于固定床反应器拟均相二维模型的数值解

为了提高化学反应工程课程的教学质量,采用了Mathcad软件编程求解固定床反应器拟均相二维模型的数值解。除了它的易使用和功能强大的工具盒的特点外,更重要的是它的编程语言的数学表达形式很接近传统的数学书写风格。使较为复杂的工业反应过程的计算问题能得以在课堂上进行生动有效的讲解,实时生成可改变操作条件的二维或三维的组成(转化率)、温度或反应速率的分布图,取得了令人满意的教学效果。

合成气完全甲烷化固定床反应器数值模拟

以煤制天然气为背景，研究了反应器高径比、进料温度、操作压力、空速、原料气组成对高温甲烷化反应器内部温度和浓度分布的影响。通过建立固定床反应器拟均相二维模型，模拟合成气完全甲烷化过程，采用MATLAB进行数值求解，并与工业侧线试验数据进行对比。结果表明，高径比为2～3时有助于减小热损，可以控制床层热点温度在700℃以下；进料温度升高到400℃，加快了反应速率，导致热点温度过高，接近800℃；操作压力不适宜，直接影响CO的加氢效果；空速由4000提高到16000h^-1时，床层热点显著向反应器出口移动：原料气氢碳HS（H2／（3CO＋4CO2））增大到2，促进CO转化，而水气比由0．19增加到0．4，可以有效控制床层温升，热点温度在650℃左右。相关研究结果为反应器设计和工艺参数的优化提供了依据。

基于MATLAB软件乙烯环氧化反应催化床层轴径向温度场动态模拟的探索与实践

"飞温"现象是固定床列管反应器设计及操作过程中需重点关注的问题.以乙烯环氧化反应的教学内容为素材,利用MALTAB软件求解反应器内的拟均相二维模型,模拟得床层温度场分布情况,并探究不同敏感因素对"热点"温度的影响规律.通过这样的教学实践,不但可以拓宽学生的数理运用范围,而且有利于培养学生利用MATLAB程序语言解决和处理化工生产实践问题的能力.

基于MATLAB的固定床列管反应器工艺条件的解析计算

本文选择乙烯环氧化反应工业实例,依据多相催化反应的基本原理和固定床列管反应器拟均相二维数学模型,运用物料和热量衡算,建立了利用MATLAB软件求解复杂的二维偏微分方程的方法,得到了不同工艺条件下固定床列管反应器反应床层中不同位置径向温度和反应组分浓度沿轴向位置的分布数据。结果表明:MATLAB软件求解的拟均相固定床列管反应器二维数学模型的数据与乙烯环氧化反应现行的工艺条件契合度较高。这种利用MATLAB软件辅助求解复杂数学模型的方法,既扩大了MATLAB的应用范围,也为工业数据的模拟优化提供了新的思路。