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。

管式固定床反应器中Fe基费托合成的多物理场耦合数值分析

通过构建包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,计算了Fe基催化剂管式固定床反应器中的费托合成过程,分析了费托合成管式反应通道中的速度、压力与温度分布,以及温度、流速和反应物n(H_2)/n(CO)3个因素对产物选择性的影响,阐明了沿着气体流动方向的反应速率变化趋势。结果表明,催化剂段入口处存在"热点"区域;在费托合成烃类产物中,CH_4的碳原子选择性最高,其次是C5+类产物;C_(5+)产物的选择性随着温度、流速和n(H_2)/n(CO)的增大均有所降低。构建的数值模型及相关结论有助于从传递及反应过程的角度,为固定床反应器内费托合成操作工艺的优化提供理论参考。

列管式固定床反应器催化剂支托结构的设计

列管式固定床反应器催化剂支托的结构形式 ,经历了由繁到简、由难到易的演变。目前采用的复合式弹簧支托是较理想的一种 ,它克服了以往催化剂支托结构上的不足 ,具有结构合理、使用安全可靠、拆装方便等优点。文中介绍了复合弹簧支托的设计方法和设计。

列管式固定床反应器壳程结构的设计

探讨和评介了国内现行列管式固定床反应器的壳程结构存在的问题 ,提出壳程采用外导流筒式进、出口结构和采用折流杆支撑反应管的结构改进措施。

Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中积炭效应的数值模拟

在综合考虑积炭效应对催化剂孔隙率以及催化剂活性影响的基础上,通过建立包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,从热质传递的角度,计算了Ni基催化剂管式固定床甲烷重整反应器中的积炭效应,阐明了包含多孔介质催化剂段的反应通道中的速度、温度及压力场分布,并指出了在通道中随气体流动扩散的可移动炭以及催化剂表面沉积炭浓度分布规律,分析了积炭对催化剂孔隙率、活性以及反应通道压降的影响,并进一步讨论了甲烷浓度以及温度对积炭产生的影响,最后提出了消减积炭的方法。

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。

列管式固定床F-T合成反应器的模拟及优化

针对列管式固定床F-T合成反应器的特点建立了一维拟均相数学模型。通过对模型计算与试验结果进行对比分析,表明该模型可以较好的描述反应过程。并从固定床反应器的操作热稳定性出发,对列管式固定床F-T合成反应器的最大允许管径和最大传热温差进行了计算。结合模型计算结果得出了合适的反应管直径与冷却介质温度范围,可以优化列管式固定床F-T合成反应器的设计。

大型列管式固定床反应器密集型反应管与管板焊接接头残余应力分析

大型列管式固定床反应器结构特殊,几何尺寸与设备净质量大,制造工艺复杂,制造要求高,主要依赖进口。采用ANSYS有限元分析软件分析了列管与管板焊接接头焊接后的残余应力情况以及残余应力引起的管板变形,并确定了焊接残余应力最小的最佳焊接工艺参数。

管式固定床钴基费托合成反应器的数值模拟

基于钴基费托合成集总反应动力学,使用Fluent对镇海炼化年产3 000t合成油试验装置进行工况模拟,得到的催化床层温度分布、CO转化率、出口物料组成、C5^+质量分数的模拟计算值与中试装置试验值吻合较好。讨论了反应器进口温度、进口压力、管外沸腾水温度和反应管管径对费托合成反应结果的影响,可进一步指导反应器设计开发和操作优化。

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。

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。

醋酸乙稀固定床列管式反应器的模拟分析

以实际运行的醋酸乙烯（ＶＡＣ）固定床反应器为基础，分析了物料在反应器的流动特性，建立了数学模型。通过对模型求解，得到了床层温度、反应选择率和 ＶＡＣ产量等参数在反应器内沿物料流动方向上的分布。计算结果和实际数据的拟合较好，为ＶＡＣ反应器的优化操作提供了依据。

柔性多点温度计检测列管式固定床反应器温度的应用分析

化工装置中反应器床层的温度,是对反应器进行监控的重要参数。温度检测仪表的正确选用直接关系到反应产物的质量、产量和生产的安全。针对列管式固定床反应器的温度检测,在正确选型、安装等方面进行了分析讨论,并重点介绍了柔性多点温度计的特点。

基于CFD-DEM耦合的固定床管式反应器流体流动特性数值模拟

采用计算流体力学(CFD)-离散单元法(DEM)耦合法对催化剂颗粒堆积密度不同的固定床管式反应器内部的流体流动特性进行数值模拟,探索流体在通过床层时速度场、压力场的分布规律。结果表明:增大颗粒下落的初始速度能够增大床层的堆积密度,采用5 m/s的初速度堆积的床层比以自身重力自由填充的床层堆积更多的颗粒,床层的孔隙率减小了6.64%,床层的堆积密度增大了5.48%;堆积密度的增大可使床层的压力降最多增加44.29%,使介质在床层内的停留时间增加,接触时间延长。

管式反应器合成N,N-二甲基正丁胺

为了提高N，N-二甲基正丁胺合成方法的经济性与环境友好性，采用以正丁胺与甲醇为主要原料进行催化胺化的路线，原子利用率较高．用浸渍法制备了磷酸改性的γ-Al2O3负载活性金属的催化剂，在管式固定床反应器中考察了催化剂活性成分及反应条件对合成N，N-二甲基正丁胺的影响．结果表明，γ-Al2O3上负载活性组分含Co和Ni质量分数分别为30％～31％及9％～10％的催化剂具有较满意的选择性和活性．在较合适的反应工艺条件：压力为0．3MPa，温度为160℃，体积空速为0．3h，进料甲醇和正丁胺的物质的量比为6：1下，原料正丁胺的转化率达到81．7％，目标产物N，N-二甲基正丁胺的选择性达到72．9％．

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。

费托合成产物预测模型的构建及选择性影响因素分析

构建包含动量、能量、质量传递以及化学反应动力学方程的多物理场耦合数值模型,用以分析管式固定床反应器的管径、催化剂填充长度、催化剂孔隙率以及冷却工质对流换热系数等影响因素对Fe费托合成产物选择性的影响。结果发现,低碳烃的选择性随着管径的增大而提高,而长链烃的选择性则有所减小;增加催化剂段填充长度使得中间物发生链增长反应生成长链烃的概率增加,从而使C_(5+)的质量选择性增加;较低的催化剂孔隙率会带来更高的C_(5+)产物选择性,但是管内压降也会急剧增加;此外,冷却工质对流换热系数的增大可以降低管内温度"热点"的峰值,同时也可以得到更多C_(5+)类产物。

乙炔法氯乙烯合成固定床反应器的建模及分析

针对我国广泛应用的乙炔法氯乙烯合成固定床反应器,结合氯乙烯合成的反应动力学、催化剂的失活动力学,同时引入了传热方程,建立了完整的列管式氯乙烯合成固定床反应器的数学模型。将该模型用于工业生产,模拟了传热系数沿管长的变化,列管内反应温度沿管长的变化并与生产数据对比,验证了模型的正确性。最后分析了乙炔空速、冷却水温度对管内温度分布和乙炔转化率的影响。

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。