异丁烯齐聚固定床反应器的模拟

利用高压微反实验装置，在排除了外扩散影响的基础上，利用集总的方法建立了异丁烯齐取反应集总动力学模型，并对该模型进行了求解，获得了该反应集总宏观动力学方程；对φ30mm的固定床反应器建立了一维拟均相模型，结合集总动力学方程对该反应器进行了模拟，实验结果与模拟结果吻合，证明动力学模型与反应器模型是可行的。     

变床层高度固定床反应器的分析

在分子筛催化剂苯气相乙基化制乙苯过程开发中,根据该反应过程的特点,提出了变床层高度固定床反应器的构想。利用催化剂失活动力学模型,通过模拟计算,对常规固定床反应器和变床层高度固定床反应器的性能进行比较,结果表明后者对延长反应器操作周期和改善反应选择性均有显著作用。上述分析已在300吨乙苯/年中试反应器的运转中得到证实。     

列管固定床反应器内CO氧化偶联制草酸二甲酯反应模拟及优化

针对列管式固定床反应器中的单根反应管,采用在接近工业条件下获得的CO氧化偶联制草酸二甲酯动力学方程,建立了一维、二维拟均相模型,并与单管实验结果进行了对比,结果表明一维拟均相反应器模型更能准确描述单管反应器内的CO偶联反应。进一步利用一维拟均相模型模拟计算了操作参数对床层热点温度、反应转化率、产物选择性及床层压降的影响,分析了反应器热点温度对操作参数的敏感性。计算结果表明：冷却介质温度对反应管热点温度、亚硝酸甲酯转化率有较大影响,是需要严格控制的工艺指标;较低的空速容易引起反应器飞温;反应器进口压力、原料气进料温度和反应物组成在计算范围内对反应器热点温度影响相对较小。为了提高偶联反应器的负荷和强化床层内的传热效果,可以将进料空速提高至4000 h^-1,同时,可以通过将反应器进口压力增大至500 kPa来降低压缩机能耗。研究结果可为现有列管式CO氧化偶联反应器的改进和工艺优化提供参考。     

变床层高度固定床反应器的分析

在分子筛催化剂苯气相乙基化制乙苯过程开发中，根据该反应过程的特点，提出了变床层高度固定床反应器的构想。利用催化剂失活动力学模型，通过模拟计算，对常规固定床反应器和变床层高度固定床反应器的性能进行比较，结果表明后者对延长反应器操作周期和改善反应选择性均有显著作用。上述分析已在３００吨乙苯／年中试反应器的运转中得到证实。     

甲缩醛氧化制甲醛固定床反应器的数学模拟

依据甲缩醛氧化制甲醛的宏观动力学模型和固定床拟均相二维模型，采用正交配置法模拟固定床单管反应器，模拟结果与试验数据基本一致，表明该反应器数学模型具有一定的可靠性和实用性。用此模型进一步考察了主要操作条件，催化剂稀释比和床展稀释长度对甲醛收率和热点温度的影响，为该过程的工业放大和反应器设计提供了依据。     

固定床反应器的控制

主要综述了在实验反应器或仿真反应器上实现的,并具有工业应用前景的有关控制文献,介绍了固定床反应器控制的研究概况.最后,对当前的固定床反应器控制研究提出了一些见解和展望.     

甲烷化反应工艺流程和反应器模拟

通过分析绝热反应曲线和反应过程CO转化率曲线,设计可行的多级绝热固定床甲烷化工艺流程,得到了一个第一甲烷化反应器循环比为3.0,反应器个数为3的甲烷化反应系统。建立绝热固定床反应器的一维拟均相数学模型,在工业操作条件下,分析了该流程中3个甲烷化反应器内的温度和摩尔分数分布规律。在合成气的进料速度800 kmol/h,进料温度553 K,操作压力为3.0 MPa,氢碳物质的量比约为3.0,循环比为3.0的条件下,模拟结果表明:物料在3个反应器出口的温度分别为879,725,611 K;甲烷干基摩尔分数分别为53.48%,79.24%和95.49%;CO在3个反应器出口的转化率分别为82.18%,99.41%和100%。第3反应器出口CH4干基摩尔分数为95.49%,满足了工业生产要求。     

固定床反应器中传热参数的相关分析

传热参数在无反应下敏感性不高，改变模型参数的形式只是数学上的变换，并不能提高参数估计的准确程度，放热反应存在下每个参数都变得很重要，因此对参数的准确程度提高了很高要求。     

用正交配置法优化氯乙烯合成固定床反应器操作

首先利用二维拟均相数学模型结合正交配置法对工业乙炔法生产氯乙烯的固定床反应器进行了模拟。然后在模拟的基础上对该反应器的操作状况进行了分析，指出了目前操作中所存在的问题。最后研究了操作参数对反应器热点温度和出口转化率的影响，得出了优化的操作条件。     

固定床反应器中扩散反应问题的实验测定

为研究反应器尺度上的扩散反应问题，建立了一个可同时在轴向和径向进行温度和浓度测定的二维壁冷却式固定床反应器。选择３种操作条件进行了实验测定，利用所测实验数据对拟均相二维平推流模型进行了参数估计，发现按平推流模型得到的径向温度曲线在壁面附近同实验测定有很大偏差，本文认为是由于在颗粒大小不容忽视的条件下平推流假定过于简单之故。应当加以改进。     

工业级错流列管式固定床反应器的CFD模拟

工业级大型列管式固定床反应器壳程温度场与流场的均匀程度与反应的转化率及选择性密切相关。通过添加阻力源项和分散热源项,对工业级全尺寸错流列管式固定床壳程流场及温度场进行了CFD模拟研究,并进一步考察了折流板窗口区大小及其位置对壳程压降与温度分布的影响。结果表明,模拟得到壳程压降与由经验公式计算得到的压降较为接近,且壳程温度分布与工业实际数据吻合;增大窗口区面积,壳程压降呈现指数下降,同时高温差区（径向温差大于2 K）的范围与径向温差变大;随着第1块折流板位置降低,高温差区范围及径向温差均减小,但压降并不呈现规律性变化。模拟方法可用于工业级大型列管式固定床反应器的优化及设计。     

双催化层固定床甲烷化反应器CFD模拟

温度分布直接影响着固定床甲烷化反应器的甲烷产量和设备安全性。以年产12.75亿立方煤制天然气绝热甲烷化反应器为研究对象,在建立真实设备三维模型的基础上,利用ANSYS-CFX有限元数值模拟的方法,建立多孔介质内化学反应、热交换与质量传递的气-固两相反应器模型,获得了双段固定床甲烷化反应器内部温度、压力、速度场的分布规律及甲烷产率分布。对不同床层结构对应的特征场分布进行了探索,分析了床层结构对各特征场分布的影响,确定了床层结构优化方案,MCR催化剂床层出口处支撑延长的结构更有利于温度场沿反应器径向的均匀分布和甲烷质量分数的提高。对反应器入口温度、空速、压力对特征参数分布的影响进行了研究,提出了针对本工艺的允许入口参数波动范围。     

甲苯甲醇烷基化反应器模拟与分析

基于甲苯甲醇烷基化反应动力学,分别建立了一维拟均相固定床反应器和二维拟均相固定床反应器的数学模型。在一维拟均相固定床反应器的模拟中,可以得到甲苯转化率、各种物质的摩尔分数以及反应温度随反应器轴向的变化规律。为了更详细地了解反应器的有关行为,反应器中的传质过程、传热过程、反应过程及流体流动需同时考虑。对于二维拟均相反应器的模拟,不仅可以获得甲苯转化率、反应温度等在轴向的变化规律,而且可以获得其在反应器径向上的分布。二维反应器模拟结果显示,流体的流动对反应器的行为具有十分重要的影响。     

Effect of particle size on lignite devolatilization in a fixed-bed reactor

A fixed-bed coal gasification reactor was set up which specifically simulated the devolatilization zone in a gasifier. Samples (100 g) of lignite coal in three size ranges; ?2+1 mm, ?3+2 mm and ?4+3 mm, were devolatilized in the temperature range 350–550 °C with a steam-oxygen mixture, at 1 atm. The effect of these operating variables on tar yield and composition, melting point, viscosity, specific gravity, and molecular weight distribution was determined. A first-order reaction model was fitted to the experimentally observed total loss in weight of the lignite.     

固定床生物油气化反应数学模拟

生物油气化对提高生物质能利用和保护环境具有重要意义。生物油气化选择乙酸、丙酮、丙三醇、苯酚、糠醛组成的混合物作为生物油模型物,在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟,用吉布斯自由能最小化法对其水蒸气催化重整制氢过程进行热力学分析。应用热动力学方程和质量平衡原理推算反应器模型,估算了反应热力学参数,通过Aspen Plus中的Gibbs反应器模拟生物油在不同温度下产物的平衡组成,计算出化学平衡体系的摩尔定压热容,利用Runge-Kutta法结合Matlab软件进行求解得出催化剂床层气化转化率;考察了反应温度对平衡时气体产物的影响。在固定床圆柱形管式反应器进行气化模拟实验,得出不同反应温度时反应产物气体产率和生物油气化反应较佳反应温度,通过比较得出实验结果与模拟计算值较一致。     

乙烯氧化反应器数学模拟

针对扬子石化公司乙烯氧化制环氧乙烷工业规模的壁冷式固定床反应器,在YS-6型银催化剂宏观动力学模型的基础上加以修正,获得了YS-7型银催化剂宏观动力学模型,建立了环氧乙烷合成固定床反应器的一维拟均相模型,通过模型计算值与工业生产实际值的比较,两者相差很小,验证了反应器模型和所用的宏观动力学模型的准确性,可用作扬子石化公司环氧乙烷合成反应器的模拟与操作优化。     

Modeling, simulation and control of dimethyl ether synthesis in an industrial fixed-bed reactor

Dimethyl ether (DME) as a clean fuel has attracted the interest of many researchers from both industrial communities and academia. The commercially proven process for large scale production of dimethyl ether consists of catalytic dehydration of methanol in an adiabatic fixed-bed reactor. In this study, the industrial reactor of DME synthesis with the accompanying feed preheater has been simulated and controlled in dynamic conditions. The proposed model, consisting of a set of algebraic and partial differential equations, is based on a heterogeneous one-dimensional unsteady state formulation. To verify the proposed model, the simulation results have been compared to available data from an industrial reactor at steady state conditions. A good agreement has been found between the simulation and plant data. A sensitivity analysis has been carried out to evaluate the influence of different possible disturbances on the process. Also, the controllability of the process has been investigated through dynamic simulation of the process under a conventional feedback PID controller. The responses of the system to disturbance and setpoint changes have shown that the control structure can maintain the process at the desired conditions with an appropriate dynamic behavior.     

热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能

为了研究热管式气液固三相固定床鼓泡反应器的传热性能,在一内径为50 mm、高800 mm床内充以多孔填料,内插一根φ16 mm×2 mm的水-不锈钢热管的固定床反应器中,用并流向上的热水和氮气进行传热试验研究.研究结果表明：传热量随气相速度u_g增大而增多,在气相速度达到某一数值后,气相速度对传热的影响不显著;并采用最小二乘法拟合得到了试验条件下固定床鼓泡反应器床层与热管加热段管壁之间传热系数的经验计算式.所得到的方程得到了热模试验的验证.     

间热径向流反应器料层厚度对煤热解特性的影响

考察了方形径向流固定床煤热解反应器中变化煤层厚度对料层升温速度及煤热解产物分布特性的影响。随着料层厚度增加,导致煤热解反应要求的时间增长,热解水和气的产率相应增加,焦油和半焦收率逐渐降低,但焦油中轻质组分(沸点低于360℃组分)含量呈升高趋势,半焦和煤气热值稍许降低。如,加热壁温度900℃、从45 mm至105 mm增加煤料层厚度时,焦油产率从7.17%(质量,下同)下降到6.26% (相对干基煤),但焦油中的轻焦油组分含量则从67%升至72.7%,半焦产率由80.0%降至77.0%,热解水和煤气产率分别由6.96%和5.91%增至8.85%和7.90%,煤气热值则由24348.5 kJ·m^-3下降至20649.2 kJ·m^-3。所得半焦的热值径向上由高温侧向低温侧逐渐降低,煤料层越厚、热值降幅越大,而相同煤料层厚度处与加热壁平行的同一轴向平面上的半焦热值基本相同。针对研究的反应器,气相热解产物在反应器内沿径向(横向)由高温料层区向低温料层区流动。在该过程中伴随着热解产物对远离加热壁的低温煤料的传热、热解生成重质组分的冷凝和在煤/半焦颗粒表面的吸附截留,进而在低温料层进一步升高温度时发生二次裂解等物理化学过程。反应器内煤层厚度越大,上述各种伴随的物化作用越显著,从而明显影响煤料层的升温及热解特性。