德士古气化炉气化反应过程的数值模拟与特性分析

利用Fluent软件对德士古水煤浆气化炉进行数值模拟仿真。用Finite Rate/Eddy-Dissipation（有限速率/涡耗散）模型求解气化过程;用Standard k-ε湍流模型封闭动量方程;用DPM（离散相）模型设置并求解煤粉燃烧的多步焦炭反应;用P-1辐射模型模拟气化炉内辐射特性。通过比较模型预测的数据与工业数据的差别,证实了模型的有效性。在此模型基础上考察了煤浆流量、氧气流量和煤浆浓度三者之间的耦合关系和中心氧体积分数对出口气体组成、有效气产率、温度及碳转化率的影响规律,为提高煤气有效成分、碳转化率和保证生产安全提供参考依据。     

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。     

钯复全膜反应器中异丁烷脱氢反应的数学模拟

对化学反应与膜分离的动态过程进行了关联,建立并求解了一维数学模型,根据异相烷脱氢反应速率方程和膜反应器模型对反应器中的异丁烷脱氢反应进行了具体分析,模拟了操作条件（反应温度、原料气空速、吹扫气流量、原料气组成和原料气村力）对异丁烷转化率增量的影响,模拟值与实验值相比较,在数值上虽有一定的偏差,但与实验结果基本一致。     

非能动余热排出热交换器传热过程的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent对非能动余热排出热交换器（PRHR HX）全尺寸简化模型进行了非稳态数值模拟研究,得到了安全壳内置换料水箱（IRWST）整个受热过程中的传热和流动特性。比较分析了不同时刻、不同位置水箱内两相流动时温度场和流场的变化。根据沸腾相变的两相流模型,对水箱内沸腾两相流的流动进行了数值计算,得到了沸腾两相流流动时的温度场、流场和气相分率等结果。     

淤浆鼓泡床反应器中的液沫夹带

利用淤浆鼓泡床反应器(SBCR)二甲醚合成反应的惰性介质石蜡油的蒸气压，在二甲醚合成的操作条件下对N2-石蜡油系统、N2-石蜡油-C301细颗粒催化剂系统的液沫夹带进行了计算；优化了鼓泡淤浆床反应器中影响液沫夹带量的操作因素(气速、压力、温度)和装置因素(分离器特征尺寸)。对比两相操作与三相操作的液沫夹带，认为可将三相床中的夹带作拟两相处理，进一步分析了液沫夹带的机理，结果表明：气泡的破裂和液体能量的增大是影响液沫夹带的主要因素。     

多晶硅流化床反应器内气固两相流场与气泡尺寸分布的TFM-KTGF模拟

硅烷流化床法是生产太阳能级多晶硅的重要技术,流化床反应器床层内的气泡大小和分布特性是影响晶体硅纯度和致密度的关键因素。使用TFM-KTGF两相流模型,基于Ansys Fluent软件平台模拟计算了多晶硅流化床内气固两相流场。在200倍粒径的网格尺寸条件下,对直径0.5 m的圆柱形流化床多晶硅反应器内等温流场进行了模拟,借助Matlab图像处理工具对气含率进行后处理,得到多晶硅流化床内气泡尺寸分布。比较了经典的Gidaspow曳力模型和文献报道的亚网格修正曳力模型(SGS)对气泡尺寸分布的影响。结果表明:由SGS模型得到的平均气泡尺寸沿床高变化规律与Mori-Wen经验公式较吻合,最大偏差是12.6%,小于Gidaspow模型的21.4%;使用不同的曳力模型对气泡分布特性有较大影响。这些结果为进一步开展多晶硅反应器的热态模拟研究提供了基础。     

多重射流气相燃烧反应器内三维流场的数值模拟

采用标准的kε湍流模型、EDC（涡耗散）燃烧模型和DO（离散坐标）辐射换热模型对多重射流燃烧反应器内的流动及燃烧状况进行了三维全尺寸数值模拟。研究了不同工艺条件下燃烧反应器内温度、速度以及各反应组分的分布状况,考察了燃烧反应器径向温度分布等参数对最终颗粒尺寸、形貌特征的影响规律,并与同工艺条件下实验结果进行了验证,数值模拟与实验结果吻合良好。所建立的数学模型为燃烧反应器结构设计和工艺条件优化提供了依据,同时模拟结果也为纳米颗粒成核生长过程的研究提供理论依据。     

胜利褐煤与玉米秸秆的共液化性能

在微型振动反应釜内,在铁基催化剂存在下,考察了玉米秸秆质量分数和反应温度对胜利褐煤和玉米秸秆共液化性能的影响,并通过液化产物的红外光谱研究了玉米秸秆和胜利褐煤共液化协同效应的机理。结果表明：秸秆和褐煤共液化存在正协同效应,协同效应随着秸秆质量分数的增加而增强;当反应温度为375 ℃、初始氢压为4 MPa、反应时间为0.5 h和秸秆质量分数为90%时,油产率高出对应的加权平均值5.87%;反应温度的变化对不同液化产物的协同效应影响不同,低温时协同效应主要体现在促进沥青质的生成,高温时则体现在促进油的生成;通过红外光谱分析液化产物得出秸秆裂解的自由基能促进褐煤中大分子芳香结构裂解,但在促进过程中并没有发生供氢反应;共液化过程中协同效应部分体现在前沥青烯中酚类物质的转化。     

硫酸铵工业尺寸结晶器的拉哥朗日多相CFD模拟

反应器内流体的流动行为和硫酸铵晶体粒子的悬浮情况,是设计工业生产硫酸铵反应器的关键。通过测定硫酸铵晶体的粒度分布（CSD）,计算出硫酸铵晶体粒子恰好悬浮时的搅拌速率为100 r/min。针对一个为实际工业生产设计的连续结晶器,进行计算流体力学（CFD）模拟,得到其稳定的单相流场,并与200 r/min搅拌速率的流场进行对比。引入拉哥朗日离散相模型,进行两相流CFD模拟,验证不同粒度的硫酸铵晶体粒子在100 r/min搅拌速率下在连续结晶器内的悬浮效果。模拟结果表明设计的硫酸铵连续结晶器是合理的。     

新型复合式浆态床内气体停留时间分布及模型

由空气-水、10%K2CO3溶液、20%K2CO3溶液、液体石蜡油构成气液两相体系,常压下表观气速为1～20 cm/s、静态液位200～550 mm、液体循环量0～240 L/h时,采用脉冲实验法测量一种特殊结构的浆态床反应器内气体停留时间分布.考察了操作参数和液体性质对浆态段的气体停留时间分布及返混程度的影响.结果表明:流型对停留时间分布的影响较大.气体平均停留时间随液体循环量和液体黏度的增加而增大;气体返混程度随静态液位增加而减小,随液体表面张力增加而增大.表面张力是影响返混程度的主要因素.同时建立相应的数学模型,得到停留时间密度分布函数,实验值与模型预测值吻合较好.     

基于停留时间分布的气流床气化炉通用网络模型

气流床气化炉的数学模型是气化装置设计和操作优化的基础,气固停留时间分布是影响气流床气化炉出口组成和碳转化率的关键因素。以气固停留时间分布为依据,结合反应动力学建立气流床气化炉的通用网络模型,模拟值与工业值吻合。对于神府煤,考察了氧煤比改变对气化结果的影响,结果表明：最佳氧煤比（氧气体积与煤（干基）质量之比）期望值约为0.655 Nm3/kg,生产中为保证液态排渣,氧煤比应控制在0.663 Nm3/kg左右。该通用网络模型计算速度快,适用于建立气化炉的动态模型。     

水激冷对粉煤气化过程气体组成的影响

激冷室下降管内热质传递过程强烈,水蒸气含量较高,下降管内变换反应对激冷室出口合成气组成有一定的影响。基于激冷室的数值模拟研究,建立了涉及气化室、激冷室的粉煤气化炉数学模型,利用所建气化模型研究了激冷水流量及温度对激冷室出口合成气组成的影响。结果表明,下降管内蒸发的激冷水质量占入口激冷水总质量的4.4%;气化室出口合成气经激冷室后CO体积分数降低12.5%、H₂体积分数增加5.8%,有效气体积分数降低6.7%,激冷室出口合成气组成计算结果与工业数据吻合较好;激冷水流量与温度对激冷室出口合成气组成影响差别较小。     

合成气气氛下含水量对锡林浩特煤液化性能的影响

在合成气气氛下考察了含水量对锡林浩特煤液化性能的影响。结果表明：在合成气气氛下,煤中适当含水可促进煤在液化过程中的转化。当含水量为7.5%（质量分数）时,锡林浩特煤的液化转化率最高,为84.59%;当煤中含水量较高时,煤的转化率明显降低。此外,煤中适当含水更有利于水煤气变换反应的进行。当含水量为7.5%时,合成气中的CO转化率最高,为26.00%;但随着煤中含水量的增加,CO转化率降至16.93%。通过沥青烯与前沥青烯的红外光谱发现：沥青质中存在大量羟基,煤中的水促进了煤中官能团侧链断裂;但当煤中含水量大于15.0%时,沥青质发生缩聚反应导致煤的液化产率有所降低。     

孔扩散阻力对多孔催化剂失活动力学的影响

目前,在强扩散区城中,失活催化反应的分离型动力学方程式仅能用于1级反应和1级独立失活系统。本文把此类方程式扩展应用于各种1,2级反应和1,2级独立失活系统,同时针对气-固相反应器中气相流动呈活塞流或全混流的情况,讨论了如何由实验求取有关的动力学速率常数值。研究结果表明,过程存在孔扩散阻力时,反应转化率随着反应时间降低的速率比无孔扩散阻力的情况要慢。此外,对浓度独立失活和分离型动力学方程的特征也作了论述。     

变换型煤用于制造低含量CO水煤气气化的研究

在小型单管气化反应炉内进行了本题的研究。用粉煤和变换剂制成的型煤进行了水煤气气化反应试验，考察了变换剂种类添加量，气化反应温度，反应时间，蒸汽流量对煤气组成的产气率的影响。结果表明，Ｃａ基变换剂可使煤气ＣＯ含量ψ降低０．１０左右，Ｃａ－Ｎａ复合变换剂还可显著提高煤气产率。     

乙苯脱氢径向反应器的模拟和操作优化

采用一维拟均相绝热径向反应器模型模拟乙苯负压脱氢径向反应器,探讨了在负压条件下乙苯脱氢反应温度、水烃比和压力对乙苯脱氢反应转化率和选择性的影响,指出负压反应系统对压降的严格要求,由此得出合理的操作条件,通过模型计算结果与生产装置实测数据的比较,确认本模型可以用于生产装置的模拟。     

管壳型固定床二甲醚合成反应器的数学模拟

对管壳型固定床二甲醚合成反应器进行了数学模拟。选取CO、CO2加氢合成甲醇、甲醇脱水生成二甲醚反应为独立反应，CO、CO2和二甲醚为关键组分，建立了管壳型固定床二甲醚合成反应器的一维拟均相数学模型，得到了管内各组分气体浓度和温度分布；讨论了不同操作条件对二甲醚合成的影响。     

新型水煤浆气化炉内洗涤冷却管的温度分布

对新型水煤浆气化炉洗涤冷却室进行了热模实验研究,并用F luent商业软件对其中的洗涤冷却管内温度分布进行了三维数值模拟,模拟值与热模实验值吻合较好。对实验和模拟结果的分析得到,高温气体经过洗涤冷却环时就开始显著降温,在洗涤冷却环与洗涤冷却管的交接处,即冷却水的出口部位,热质传递最为激烈,导致温度急剧下降。在距洗涤冷却环下方约0.15 m处,气体温度已降至热质传递的平衡值附近。本文研究内容为新型洗涤冷却室工业放大提供了设计依据。