“密粒”气固缩核反应平推流反应器模型

气固反应是化工过程常见而重要的反应。恰当的反应器模型能够简化反应器设计,提高效率。本文首次建立了“密粒”缩核反应平推流反应器的设计模型,并分析了一工业数据,结果表明,高度计算值与文献值相差20%,可见,当前模型能够指导反应器的设计,为反应器设计、操作优化提供支撑,具有重要使用价值。

二氧化钛平推流反应器光催化矿化草甘膦研究

在平推流光化学反应器中采用纳米TiO2光催化矿化N-(膦酰基甲基)甘氨酸(草甘膦)溶液,考察了多种因素对矿化效果的影响。结果表明,在碱性溶液中,OH-可以充当光致空穴的俘获剂,从而提高了草甘膦的光催化矿化效率;外加氧化剂可以作为电子的接受体,通过接受光生电子来抑制光生电子与光生空穴的复合,提高光催化反应的量子产率,从而促进草甘膦的光催化矿化;升高温度可促进具有强氧化性自由基的生成,同时也可抑制光生电子和光生空穴的复合,促进草甘膦在催化剂表面的矿化;外加有机物可与草甘膦共同竞争催化剂表面的活性位点,从而阻碍了草甘膦在催化剂表面的矿化;在一定范围内,光催化矿化率随无机离子浓度的增加而升高,但当无机离子的质量浓度>4 mg/L时,矿化率下降。

多级串联等体积全混流反应器与平推流反应器等效性研究——以二级可逆反应为例

在多级串联全混流反应器中,在等温等容条件下给出了二级可逆反应第N级反应器的出口浓度表达式。讨论了在相同操作条件下,达到平推流反应器的转化率所需要的等体积串联全混流反应器的级数N;主要考察了正反应速率常数k1、平衡常数K、反应物初始浓度之比M、停留时间τ等因素对N的影响,得出了N与正反应速率常数k1、相平衡常数K以及停留时间τ的关系曲线呈抛物线,有极大值N=7,串联2~7个等体积全混流反应器就可达到要求;且随着M的增大N没有太大变化,而且,随着k1,K,M以及τ的增大,转化率增大。此外,当N〈5时,转化率增长较快,当N〉5时,增长较缓慢。

二氧化钛平推流反应器光催化矿化乙酰甲胺磷的研究

在平推流光化学反应器中采用纳米TiO2光催化乙酰甲胺磷溶液,考察了多种因素对矿化效果的影响。研究结果表明:随着催化剂浓度的增加,乙酰甲胺磷矿化率逐渐升高,当催化剂质量浓度在0.4 g/L时,其矿化率达到最大值为91.36%,然而当催化剂浓度继续增加时,由于TiO2的屏蔽效应,矿化效率反而降低;由于催化剂表面吸附位点的限制,乙酰甲胺磷矿化率随其初始浓度的增加而降低,乙酰甲胺磷光催化矿化过程符合准一级反应动力学模型以及Langmuir-Hinshelwood模型,其相关参数k=1.05×10-5mol/(L·min)和K=7 638 L/mol。随着反应液pH值的增大,乙酰甲胺磷矿化率也随之升高,其原因是在反应液pH值升高,溶液中OH-浓度增加,OH-可以充当光致空穴的俘获剂,加强氧化效果;在较低流速时,光催化矿化率随着流速的增加而升高,然而流速进一步增加时,矿化率反而下降。流速增加既能够增加乙酰甲胺磷与催化剂之间的碰撞,也能增加催化剂微粒的聚集。

基于改进状态转移算法的串级平推流反应器动力学参数估计

实际化工过程反应系统通常由若干个相互关联的平推流反应器串级构成,要建立其机理模型,并估计其动力学参数,就必须反复求解大规模非线性微分方程组,计算代价较高。针对智能优化算法在求解昂贵优化问题时计算成本过高,而工业过程模型往往只需要找到一组满意解即可的特点,提出了一种基于改进状态转移算法的串级平推流反应器动力学参数估计方法。该算法在保留标准状态转移算法全局寻优能力和快速收敛能力的同时,利用对立算子优化初始种群,并根据误差阈值判定满意解中止条件,可有效节约计算时间。以实际炼油企业的加氢裂化装置为研究对象,采用所提方法对其反应系统的动力学参数进行估计,仿真结果表明了所提方法的有效性。

一维平推流反应器动态模型的新型求解方法

目前对一维平推流反应器动态模型求解时,常将反应体系中气体的体积流量假设为恒定参数。由于实际过程中气体的体积流量会随着温度等相关参数的改变而不断变化,该假设会对模拟结果带来一定的误差。本文针对此问题提出一种新的求解方法:首先通过有限差分法将动态模型中的空间和时间变量均离散化得到相应的代数方程组,再结合气体状态方程,推导出浓度关于气体摩尔流量和温度的函数,然后联立方程组进行求解;此方法有效克服了动态模拟中由于气体的体积流量变化而导致模型方程难以求解的困难。将所提出的方法应用于丙酮气相裂解生成乙烯酮过程的动态模拟,并将所得到的模拟结果与线上法动态模拟的结果进行比较,结果表明所提出的求解方法得到的模拟结果更加精确。

多级串联等体积全混流反应器与平推流反应器的等效性研究——以二级不可逆反应为例

在多级串联全混流反应器中针对二级不可逆反应,推导出第N级串级反应器的出口浓度表达式。为与平推流反应器进行比较,引入反应器的相对效率,在平推流反应器中一定的转化率条件下,考察反应速率常数和反应物初始摩尔比大于1的情况下对串联级数的影响。通过实例计算,得出随着相对效率的增大,串联反应器级数随之增大。而当串联级数达到5时,相对效率达到94%以上。此外,随着反应速率常数和反应物初始浓度比的增大,串联全混流反应器级数在相对效率固定的情况下都会达到有限的级数,即在5个串级以内就可以达到较高的相对效率。

平推流反应器的振荡操作

对于一级反应体系，从定常态操作曲线－反应器出口处产物组份的浓度与入口处原料组份浓度或温度的函数关系曲线的凹性，可以判断平推流反应器的振荡操作（浓度振荡或温度振荡，方波振荡或正弦波振荡）是如何影响其时均输出性能的，此方法亦适用于其它级数的反应体系。

四釜串联平推流管式反应器合成高抗冲ABS树脂的研究

利用自主研发的四釜串联平推流管式反应器和本体聚合方法,制备了高抗冲丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂。通过对所使用的橡胶以及制备的高抗冲ABS树脂产品进行分析和检测,考察不同复合胶种类、复合胶配比对ABS树脂冲击性能的影响,优化复合胶增韧体系,确定合适的复合胶增韧剂和最佳的复合胶配比;并通过仪器化冲击实验对橡胶的增韧效果进行了验证。结果表明,当橡胶投料比为12.0%时,采用橡胶A+565T复合胶合成的样品其悬臂梁缺口冲击强度高达407.0 J/m,熔体质量流动速率为4.19 g/10min(220℃,10 kg),具有冲击强度高、加工性能优良的特点。

微通道平推流耦合反应器制备苯甲醛的工艺研究

研究了微通道平推流耦合反应器制备苯甲醛的工艺,并分别从反应温度、反应压力、反应时间、催化剂用量和反应停留时间等方面进行了研究。确定了最佳的工艺条件:在反应温度170℃,压力0.75 MPa,反应次数为4次(反应时间约32 min),催化剂的加入量质量分数0.16%,停留时间约8 min(管长为15 m)。在该条件下甲苯的转化率19.46%,苯甲醛选择性达41.32%。

平推流管式连续反应器合成耐热ABS树脂的研究

采用自主研发的四釜串联平推流管式反应器和本体聚合方法,通过添加N-苯基马来酰亚胺(NPMI)作为改性单体制备了耐热丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂。研究了NPMI加入方式对ABS树脂结构和性能的影响,并通过仪器化冲击实验对橡胶的增韧效果进行了验证。结果表明,加入进料量3%的NPMI使合成的ABS树脂热变形温度和拉伸强度有所提高,但冲击强度显著下降;当NPMI在第一、三反应器同时等量加入聚合系统时,相比在第一或第三反应器加入得到的样品的热变形温度提高到84.6℃,拉伸强度提高到54.3 MPa,冲击强度提高到162.3J/m。

反应器的热衡算方程精解

植根于热力学分析 ,提出严谨的反应器热量衡算方法 ,对国内外一些论著中的疑点、误点进行了辨析 ,得出了理想流动反应器之一的平推流反应器 (plugflowreactor)热衡算精确、通用的新型微分方程和过程方程 ,试图为精确进行反应器的热量衡算重新探讨理论依据。这些方程可用于管式反应器沿程各截面以及整个反应器的精确热计算。作者论述谨以平推流反应器为代表 ,但其方法不失通用性 。

对二甲苯氧化反应器网络的合成

为了获得对二甲苯氧化反应器的最大生产能力,采用反应器合成的方法对多个氧化反应器组成的网络进行了优化研究.在不改变现有装置及工艺条件情况下,考察了两类具有重要工业应用价值的反应器网络形式:主反应器串联预反应器网络和三釜混联反应器网络.运用混合逻辑非线性(MLNLP)方法对上述两类网络模型进行了求解,得到了优化的反应器组合形式和工艺条件.计算结果表明,在原有的主反应器前串联体积为主反应器体积8.4% 的平推流反应器,可提高28.9%的生产能力;将现有的三釜并联反应器调整为互联形式,可提高14.7%的生产能力.

CABR厌氧生物反应器的结构优化分析

The carrier anaerobic baffled reactor (CABR),which combines with the characteristics of ABR and the advantages of biofilm reactor,is a suitable technology for decentralized domestic sewage treatment in rural areas of China.In order to improve the treatment efficiency and reduce the investment,it is essential to optimize the structure of CABR.On the basis of our study and analysis of hydromechanics and chemical reaction engineering,the CABR tended to show a state of plug flow as the number of compartments in the CABR increased.The CABRs had good structural performance,with a dead zone ranging from 8.04%—12.69% at the hydraulic retention time (HRT) of 48 h.In terms of chemical reaction engineering,the reaction rate of CABRs with 4,6,8 and 12 compartments were equivalent to that of the CSTRs of 148.35%,181.82%,175.40% and 185.81% times volume,respectively.When the effectiveness and capacity of the reactor were considered,a CABR with 6 compartments was found to be optimal.

理想反应器的时空特性和内在联系

以理想反应器时间和空间特性为出发点,探讨了间歇操作釜式反应器(BR)、平推流反应器(PFR)和全混流反应器(CSTR)等理想反应器之间的内在联系,推导了循环操作PFR反应器的停留时间分布函数,分析了多段串联全混流反应器和循环操作PFR反应器在各理想反应器之间的桥梁和纽带作用。在此基础上,简要归纳了各理想反应器之间的联系。

基于超结构的反应器网络综合

以平推流反应器(PFR)和全混流反应器(CSTR)作为基本反应器类型建立了一个反应器网络的超结构模型,构造了超结构模型的非线性规划问题。以多个等体积的小CSTR来逼近PFR,将对微分方程的求解转化为对代数方程的求解,并提出了模型求解的2次优化策略。通过实例研究表明本方法是有效的。

反应级数对理想反应器组合方式效率的研究

对于不同级数的不可逆反应,研究了其在全混流反应器（CSTR）与平推流反应器（PFR）不同组合方式中的最终转化率。对两种理想流动反应器的不同组合方式,如CSTR＋PFR串联、PFR＋CSTR串联及CSTR与PFR并联,反应的最终转化率随反应级数的不同而变化。当反应级数为负值时,CSTR与PFR并联组合方式的最终转化率最高;当反应级数为0~1之间的数值时,CSTR＋PFR串联组合方式的最终转化率最高;而当反应级数大于1时,PFR＋CSTR串联组合方式的最终转化率最高;当反应级数为0时,三种组合方式具有相同的最终转化率;但当反应为一级不可逆反应时,两种反应器串联时的最终转化率相同,并高于两种反应器并联时的最终转化率。

变容循环反应器体积的精确计算

循环反应器具有便于控制反应物浓度、最终转化率和目的产物收率等优点而被广泛应用。变容循环操作过程较为复杂 ,影响反应器体积大小的因素较多 ,迄今仍采用近似方法计算反应器体积。文章给出了等温变容循环反应器体积的精确计算方法 ,适用于任意膨胀率、任意循环比和任一级反应动力学系统。

温度特性对理想反应器效率的影响

本文利用数值分析方法,研究了温度特性对理想全混流反应器(CSTR)和平推流反应器(PFR)效率的影响。研究结果表明:在等温条件下,对于在理想反应器中发生的单一一级不可逆反应,PFR的效率高于CSTR;在绝热条件下,对于在理想流动反应器中发生的单一一级不可逆反应,当反应为放热反应时,CSTR的效率高于PFR;当反应为吸热反应时,PFR的效率高于CSTR。基于上述比较结果可知,理想反应器的效率不仅与其类型相关,而且还与反应器的温度特性及反应的热效应有关。上述结果可对理想反应器的选型提供有效的指导。

组合管式连续反应器系统及制备SAN工艺研究

采用平推流管式反应器，通过对四个相同规格反应器的串、并联组合，形成两种串并联反应器系统，并用于制备苯乙烯一丙烯腈塑料（SAN）。分别讨论了四釜串联和两组两釜串联的并联组合形式下，温度、链转移剂浓度等因素对物料固含量、冲击强度、分子量及其分布的影响。结果表明，四个平推流反应器的串联组合，可形成四釜串联结构的聚合系统，通过每个聚合反应釜的聚合条件控制，可以实现SAN的聚合过程，SAN样品中丙烯腈含量在24％-28％之间。通过两个平推流反应器串联，并部分物流循环的方式，可以实现两组两串联循环反应器的并联组合，在保持四反应器的基础上，使反应体系生产能力倍增。