新型热管堆装料及外推临界实验技术研究

热管堆为当前先进核动力的研究热点。由于新型热管堆采用少量大块燃料,传统的外推临界实验技术适应性差,使其在装料及外推临界过程中面临安全挑战。本文结合该反应堆的特点,确定了先装配块状燃料,再逐步提升侧反射层达临界的方案。基于蒙特卡罗程序,计算分析了堆芯装配过程中的临界安全,确定了安全可控的初始堆芯装配方案;确定了中子源和探测器的布置;开展外推临界实验技术研究,针对直接外推侧反射层体积造成外推曲线上凸的问题,提出了以侧反射层的反应性价值为权重因子对体积进行加权处理的修正方法。利用此技术模拟了外推过程,结果表明本文确定的外推临界实验方案是可行的。本文结果可为新型热管堆装料及外推临界提供指导。

重整反应器工艺布置的操作安全性及配管设计探讨

重整反应器是重整装置的核心设备,反应器操作安全性是重整装置正常生产的保证。反应器的布置形式不仅直接影响反应器配管、结构等的工程设计,并对于反应器的操作安全性有一定影响。介绍了2种重整工艺反应器的布置,即重叠式布置与并列式布置,对于其操作安全性和配管-结构设计方面进行了介绍与比较,认为反应器并列式布置更有利于重整反应器的安全操作,并且明显简化了配管、结构方面的设计工作。

常压反应-减压精馏耦合生产氯化苄的工艺优化设计

采用常压反应-减压精馏耦合装置应用于甲苯氯化体系生产氯化苄。为了找到集成装置的最佳结构参数,建立了以独立反应量为基础的模型方程,并开发了基于Powell法的多层优化设计法。结果表明,在塔釜上升蒸汽量一定的情况下,增加精馏塔分离段塔板数、反应器台数、相邻反应器间间隔塔板数,反应能力有所增加,然而当其超过一定值后,反应能力增加的趋势不明显;在优化得到的结构操作参数下,反应能力与分离能力达到最佳匹配。

甲苯氯化连串反应的RD和SRC过程分析与比较

侧反应器与精馏塔集成(SRC)是塔内耦合反应精馏(RD)的新拓展,同时适用于反应与精馏处于相同工况和不同工况两种情形。以甲苯氯化连串反应为研究对象,分别建立了RD和SRC过程的数学模型,在相同总塔板数和塔釜上升蒸气量条件下,计算了相同工况下(反应与精馏压力均为101.3kPa),RD与SRC过程的气/液流率、温度、组成分布,发现两者性能具有一致性。在此基础上,以产品氯化苄的生产成本为目标函数、标志系统产能的氯气进料流率和分配比例为优化变量,对甲苯氯化连串反应的相同工况RD与SRC过程、不同工况SRC过程(反应压力为101.3kPa、精馏压力为10kPa)进行优化,结果表明,相同压力工况下,优化得到的RD与SRC的装置产能与产品质量一致;但在不同压力工况下,SRC的产能明显提升、产品质量也有所提高,反映出不同工况SRC明显的优势。

苯氯化侧反应精馏过程的模拟优化与系统实现方法

针对侧反应精馏集成过程反应能力与分离能力最佳匹配条件设计问题,提出基于独立反应量的非线性解耦优化设计方法.研究以综合生产成本最小且反应能力最大为优化目标的多约束混合整型非线性规划问题,并给出了集成优化与模拟系统程序实现方法.将该方法应用到苯氯化侧反应精馏过程集成优化设计中,实现了反应能力与分离能力的最佳匹配,证明所提出的优化设计方法是有效的.

背包进料的背包式反应精馏生产甲缩醛的模拟

提出了一种具有背包进料的背包式反应精馏生产甲缩醛的新工艺,将部分甲醇直接加入到背包反应器中。应用过程模拟软件Aspen Plus对工艺过程进行了模拟计算,采用RADFRAC严格计算模型模拟精馏塔部分,采用NRTL方程模拟反应器部分,重点考察了进料方案和甲醇进料量对新工艺过程的影响。模拟结果表明,当仅在最靠近塔顶的背包反应器中加入甲醇且甲醇进料量为甲醇总进料量的1.25%时,甲缩醛产品的质量分数能够达到0.977,甲醛的转化率能够达到99.4%。与普通的背包式反应精馏方式相比,甲缩醛产品的质量分数提高了1.2%,甲醛的转化率提高了1.3%,冷凝器能耗和再沸器能耗分别降低了2.2%和3.1%。

运用HYSYS对背包式反应精馏过程控制的仿真

利用化工模拟软件HYSYS对背包式反应与精馏苯氯化过程分别进行稳态和动态模拟,并在动态模拟的基础上,分析比较了3种不同控制策略在进料扰动情况下对苯氯化过程的控制效果。

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量动态控制

侧反应器与精馏塔的耦合结构与物料交换方式的灵活性,造成系统的自由度高、设计变量多,增加了该过程的稳态优化模拟和动态控制的难度。针对侧反应精馏过程(SRC)的平滑操作和自动控制问题,以醋酸甲酯工业生产过程为例,采用基于独立反应量的稳态设计方法获取最佳的反应精馏集成结构和操作参数,在此基础上设计了以产品成分调节变比值控制为主的多变量控制方案,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。

侧反应与精馏集成过程的故障动态特性模拟研究

针对甲苯氯化侧反应与精馏集成生产过程,在对实际生产过程合理简化与假设基础上,研制了该生产过程含控制策略的动态模拟系统。在动态模拟系统中合理设置引起反应能力与分离能力不匹配故障因素,如反应器进料配比失调、回流量过低和塔釜加热量不足等过程扰动,进行故障动态仿真研究。分析在故障扰动下整个系统的故障动态特性,获得有效的故障数据,解决了在实际生产装置上无法进行故障实验研究获取系统故障信息的难题。

“背包式”反应精馏水解乙酸甲酯的工艺

采用"背包式"反应精馏深度水解乙酸甲酯,考察了工艺条件对水解率和酸水比的影响,并与传统的单塔催化精馏工艺进行了对比。结果表明:提高水酯比可以显著提高乙酸甲酯的水解率;回流进料比的增加有利于提高水解率但会增加能耗,较佳回流比为3.0左右;乙酸甲酯水解率随空速的增加而降低的速度较慢,可以适当提高空速以增加处理能力;增加固定床体积有利于酯的预水解,但是不一定有利于酯的总转化率。采用"背包式"催化精馏工艺可以实现乙酸甲酯的深度水解,且优于传统的单塔催化精馏工艺。

侧反应器反应精馏方法生产醋酸甲酯的模拟

采用强酸性阳离子交换树脂催化醋酸与甲醇反应精馏生成醋酸甲酯,可避免硫酸作为催化剂的不足。但该非均相催化反应受平衡限制,且达到平衡时间较长,采用传统反应精馏塔难以提供足够反应空间。文中设计侧反应器与精馏塔耦合新工艺,采用Aspen Plus软件模拟研究了侧反应器数量、位置,原料进料位置,回流比,醇酸比等对反应精馏过程的影响。结果表明,当装置具有7个侧反应器,反应器间隔4块板,在优化的操作条件下,醋酸甲酯质量分数可达99.1%。

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量预测控制

针对新型侧反应精馏集成技术生产醋酸甲酯的工艺生产过程,采用基于独立反应量的系统设计方法获取最佳的反应精馏集成结构与稳态模拟结果。针对最佳稳态工艺设计结构,在传统控制回路的设计基础上,进行醋酸甲酯质量分数与灵敏板温度多变量模型预测控制模块设计,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。

基于弥散光纤的二氧化钛光催化反应器

以弥散光纤(SOF)作为基体、负载纳米二氧化钛膜制备光纤式反应器,可有效提高催化剂与降解物的接触面积,提高光的传输、利用效率,克服了传统固定床反应器的不足,应用新型的光纤式反应器催化降解4-氯苯酚,降解率达到95%.

侧进式搅拌反应器内流场的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)技术对某钢铁厂烟气脱硫吸收塔底部浆液池的侧进式搅拌流场进行了数值模拟,研究了搅拌转速和搅拌桨安装角度等因素对3维流场的影响规律。结果表明,在5股流体的相互作用下,反应器内存在一个顺时针的整体大循环流动,相邻搅拌桨之间存在两个小漩涡。随着搅拌转速的增大,中心线上底部的速率迅速增加,当转速大于等于120 r/min时,该处速率接近或达到中心线上速率的最大值,有利于避免中心区底部的固相沉积。随着左偏角度的增大,中心漩涡区域外扩,中心线上底部的速率有所减小,而相邻桨叶之间下部的速率略有增加。下偏角度的增大,使得相邻桨叶之间下部的速率略有减小,而过大的下偏角度使得搅拌桨主作用区无法直接作用到支撑柱内部,导致中心线上底部的速率减小。

厌氧移动床生物膜反应器侧伸式搅拌装置的试验研究

选取三种CBY型桨,对厌氧移动床生物膜反应器中采用的侧伸式搅拌装置进行了深入研究。试验考察了三种桨型的功率准数、时间准数,并通过考察其临界转速的方法探讨其最优桨型、最佳安装角度。CBY-3型桨在同样的填充量下临界功率较另两桨型低,混合时间短,优于CBY-2和CBY-1型桨。在水平偏角α为15～20,°向下偏角β为1～5°时得到搅拌的最低临界转速。为厌氧移动床生物膜反应器搅拌装置的设计提供了参考。

微量醇及电解质强化气液传质的研究

在气升式内环流反应器中考察了微量醇类物质(乙醇、叔丁醇、季戊四醇)及电解质(CaCl_2)对氧的液相体积传质系数和气含率的影响。结果表明,向空气-水体系中添加微量醇类物质可以明显改善气液传质性能,同时醇类物质强化气-液传质存在一极限浓度,超过此浓度后,氧的液相体积传质系数略有降低;当表观气速增加时,去离子水体系和含醇体系的气含率都增加,但醇体系的气含率明显高于去离子水体系。此外,添加电解质 CaCl_2也会使氧的液相体积传质系数有所提高,并从离子强度的角度对其抑制气泡聚并的机理进行了分析。

厌氧移动床生物膜反应器侧伸式搅拌装置的试验研究

本文选取三种CBY型桨,对厌氧移动床生物膜反应器中采用的侧伸式搅拌装置进行了深入研究。探讨其最优桨型、安装角度、临界转速及其功率准数,为厌氧移动床生物膜反应器的搅拌装置的设计提供了参考。

基于Reactor与非阻塞IO的服务端框架设计与实现

吞吐量对服务端框架的处理效率有着重要的影响,为了进一步提升传统服务端框架的吞吐量,提出了一种基于Reactor模式与非阻塞IO的服务端框架。首先,对Reactor模式与非阻塞IO进行了优势分析,并阐述了Reactor线程池的分发逻辑;其次,通过设计自适应缓冲区结构降低了内存分配次数,提升了数据读入和写出的效率;最后,通过设计双缓冲结构优化了日志的写入操作,提升了日志写入效率。实验结果显示:在单线程测试环境下,对比libevent,该服务端框架吞吐量平均提升了9%;在多线程测试环境下,分别在100连接与1000连接时,对比Boost.Asio,该服务端框架吞吐量分别平均提升了28.66%与20.76%。这表明该服务端框架吞吐量较高,可应用于较大数据量请求的场景。

2种碱化剂对压水堆二回路结构材料腐蚀行为的影响

为考察碱化剂抑制压水堆二回路结构材料腐蚀的情况,通过腐蚀失重法、电化学极化曲线、扫描电镜(SEM)以及小角XRD分析等方法研究了模拟压水堆二回路水化学环境中分别添加乙醇胺(ETA)和氨水(NH_3·H_2O)_2种碱化剂对A508Ⅲ钢和P22钢2种结构材料的腐蚀行为的影响。结果表明:2种结构材料腐蚀速率均在10^(-1)~10^(-2)mg/(dm^2·h)之间,但在ETA中腐蚀电流密度更小,腐蚀速率也更低。在2种结构材料表面形成的主要腐蚀产物均为Fe_3O_4,SEM观察到在ETA中生成的腐蚀产物较为致密。比较ETA与NH_3·H_2O的物化性能,可知在高温水(280℃)中ETA的挥发性能弱于NH_3·H_2O,因此添加ETA的溶液的pH值更高,pH值的不同决定了2种材料的溶液腐蚀行为的差异。综上所述,二回路结构材料在ETA环境中的耐蚀性能更好。

侧环式反应器流场研究

针对同步闪蒸汽提发酵新过程,开发了侧环式反应器,并采用混合模型,利用计算流体力学(CFD)技术模拟了侧环式反应器气液两相的流场。模拟结果表明,侧环具有脱气作用,随着通气量增大,气液两相接触变差,传质效果下降,这与实验现象一致。