分布器对结构化反应器流体力学性能影响的实验和模拟研究

发布时间：2022-02-20 18:52

　　结构化反应器具有压降低、传质效率高、操作弹性大、轴向扩散距离短、催化剂和产品易于分离等优点,因此可代替传统反应器而用于脱硫、脱硝、脱碳等气-液两相或气-液-固三相反应的清洁生产过程。本文以装填70 cpsi结构化催化剂的结构化反应器为研究对象,以常温常压下的空气-水为研究体系,用实验结合CFD模拟的方法从床层和孔道两个尺度系统地研究了不同分布器（实心锥喷嘴、玻璃珠、泡沫）下反应器床层的压降、持液量和气-液相分布特性。床层压降测量采用差压传感器法、持液量测量采用两步称重法、床层底部的气-液相分布采用内窥镜法以及床层液相分布的定量分析采用重量收集法。喷嘴分布器在本文实验操作条件（0.031 m·s-1<UL,s<0.081 m·s-1,0.10m·s-1<uGs<0.35m.s-1）下具有最好的分布性能,因此该分布器是操作条件范围内的最优的分布器,并且还具有最低的压降、最大的持液量。此外,在喷嘴分布器下,床层底部观察到了明显的泰勒气泡生成-破裂现象和气泡-液栓交替流出的现象。进而通过CFD模拟建立了与实验装置喷嘴分布器下分布段相一致的三维气相（连续相）和液滴（离散相... 

【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
    1.1 研究背景
        1.1.1 结构化反应器的特点
        1.1.2 结构化反应器的研究现状
        1.1.3 研究分布器的必要性
    1.2 结构化反应器的特性
        1.2.1 通道内气液两相流型分布
        1.2.2 压降
        1.2.3 相含率
        1.2.4 气液分布
    1.3 CFD模拟概述
        1.3.1 计算流体力学简介
        1.3.2 结构化反应器的CFD模拟
    1.4 研究目的及研究内容
        1.4.1 研究目的
        1.4.2 研究内容
第二章 结构化反应器的床层压降和持液量特性
    2.1 实验部分
        2.1.1 实验装置
        2.1.2 实验方法
        2.1.3 实验步骤
    2.2 实验结果分析讨论
        2.2.1 结构化反应器床层压降的基本特征
        2.2.2 结构化反应器床层持液量的基本特征
        2.2.3 结构化反应器床层压降与持液量的关联
    2.3 本章小结
第三章 结构化反应器气液相分布的实验研究
    3.1 实验部分
        3.1.1 实验装置
        3.1.2 实验方法
        3.1.3 实验步骤
    3.2 实验结果分析讨论
        3.2.1 定性分析床层的气液相分布特征
        3.2.2 定量分析喷嘴分布器下床层径向位置的液相分布
    3.3 本章小结
第四章 结构化反应器喷嘴分布器下的CFD模拟研究
    4.1 结构化反应器模型的构建
        4.1.1 ANSYS FLUENT中模型的选择
        4.1.2 模型建立和网格划分
        4.1.3 控制方程
        4.1.4 边界条件设置
        4.1.5 数值求解方法
        4.1.6 喷嘴分布器设置
    4.2 模型的正确性分析
        4.2.1 网格无关性验证
        4.2.2 达到稳定判据
        4.2.3 模型可靠性验证
    4.3 模拟结果分析与讨论
        4.3.1 床层上方压力对气相的影响
        4.3.2 床层上方气相速度分布
        4.3.3 床层上方液相速度分布
        4.3.4 气-液相不良分布因子评价
        4.3.5 喷射角度对气液相分布的影响
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
研究成果及发表的学术论文
作者和导师简介
附件


【参考文献】：
期刊论文
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[2]滴流床反应器气液分布器CFD模拟[J]. 施德,杨卫胜.  化学反应工程与工艺. 2017(02)
[3]基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟[J]. 翟之平,杨忠义,高博,李健啸.  农业工程学报. 2013(22)
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[5]搅拌式反应器内固-液两相悬浮特性的CFD模拟[J]. 银建中,程绍杰,贾凌云,银建伟.  应用科技. 2009(11)
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[8]三维VOF模型及其在溢洪道水流计算中的应用[J]. 李玲,陈永灿,李永红.  水力发电学报. 2007(02)
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硕士论文
[1]脉冲筛板萃取柱存留分数研究[D]. 马海燕.哈尔滨工程大学 2012



本文编号：3635626