超臨界水氧化氣膜反應器模擬研究.pdf

1、超臨界水氧化技術(shù)是新型技術(shù)，主要用于處理難降解有機物。而蒸發(fā)壁反應器是解決反應過程中腐蝕和鹽沉積最有效的方法。但前人的研究結(jié)果表明，蒸發(fā)壁反應器采用純水形成水膜保護反應器需要預熱，預熱溫度高達350℃，同時在反應器下部為了形成亞臨界溶鹽區(qū)則需要通入低溫蒸發(fā)水，反應器出口溫度較低，限制了能量回收。
　　基于此，提出了一種超臨界水氧化氣膜反應器，將蒸發(fā)壁反應器中的純水替換為N2。在氣膜反應器中除輔助熱源外，燃料，N2，O2均以常溫通入

2、，無需預熱，同時由于N2的低比熱和導熱系數(shù)，可以在不影響反應器內(nèi)反應的情況下降低多孔管內(nèi)壁溫度保護反應器以及提高反應出口溫度水平，有效地提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
　　本文采用流體模擬軟件FLUENT對反應器進行建模和簡化，選用了合適的湍流模型，化學反應動力學模型，最終獲得反應器內(nèi)溫度場，流場及組分場的分布情況，并與實驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)模擬能夠較準確地預測反應器內(nèi)的反應情況。
　　通過分析反應器內(nèi)溫度場，流場以及采用DPM模型模擬

3、無機鹽顆粒運動軌跡驗證了氣膜對反應器的保護作用。結(jié)果表明:多孔管內(nèi)壁只承受高溫，而承壓外殼只承受高壓;反應器內(nèi)多孔管附近形成的亞臨界區(qū)域以及N2膜的存在，可以阻礙和溶解靠近多孔管的無機鹽，避免其在多孔管壁上粘附;超臨界水氧化氣膜反應器氣膜可以很好地保護反應器。
　　為了更好地對反應器的結(jié)構(gòu)進行設計，對不同運行參數(shù)進行了模擬。模擬結(jié)果表明:輔助熱源具有射流卷吸作用，可以強化反應器內(nèi)組分混合和能量傳遞，輔助熱源流量增加能夠強化射流卷吸

4、作用。反應器內(nèi)最高溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，輔助熱源流量減少而升高，與N2流量關(guān)系不大。反應器內(nèi)中心溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源溫度，燃料輔助熱源流量比的增加而增加，增加幅度受反應器內(nèi)總流量的影響，流量越大，變化越小;隨N2流量增加，下降明顯。多孔管內(nèi)壁溫度隨燃料流量、濃度，輔助熱源流量、溫度，燃料/輔助熱源流量比增加，N2流量減少而升高。多孔管內(nèi)壁最高溫度出現(xiàn)位置隨輔助熱源流量增加向反應器上部移動

5、，隨燃料輔助熱源流量比增加略向反應器下部移動。
　　最后利用反應器內(nèi)的熱負荷參數(shù)來指導反應器的設計工作，研究表明:反應器內(nèi)的整體溫度隨直徑增大呈下降趨勢，多孔管內(nèi)壁最高溫度出現(xiàn)位置向反應器下方移動;反應器長度的增加只會增加流體在反應器內(nèi)的停留時間，反應器出口溫度降低;并分析得出超臨界水氧化氣膜反應器熱負荷的判定準則:燃料在反應器內(nèi)的有效反應時間要大于燃料完全降解的停留時間11s，同時反應器內(nèi)壁溫度均低于374℃。最終通過分析不同尺