固定床催化反應(yīng)器的數(shù)值模擬研究.pdf

1、固定床反應(yīng)器（填充床反應(yīng)器）是在化工過(guò)程中常見的反應(yīng)器，是指在反應(yīng)器中填充固體催化劑來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的一種形式。在該類反應(yīng)器的條件中釜內(nèi)流經(jīng)流體與催化劑間可進(jìn)行有效的相面接觸，具有較高的效率。
　　反應(yīng)時(shí)間是表征化學(xué)反應(yīng)的重要參數(shù)之一，完全反應(yīng)所需的時(shí)間對(duì)此反應(yīng)的效率以及進(jìn)行程度均有影響;而對(duì)不同結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器而言有不同的停留時(shí)間及分布。對(duì)于具有一定反應(yīng)速率的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)物在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間的匹配程度十分重要。若二者

2、尺度相近，物料自進(jìn)入反應(yīng)器到流出反應(yīng)器的時(shí)間內(nèi)剛好反應(yīng)完全，即為最優(yōu)狀態(tài)，此時(shí)化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到峰值。
　　本文采用數(shù)值模擬的手段對(duì)八種不同結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的流場(chǎng)性能表現(xiàn)，分別對(duì)不同進(jìn)料管長(zhǎng)度、出口位置、內(nèi)構(gòu)件形式的流場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)計(jì)算。通過(guò)穩(wěn)態(tài)計(jì)算分析得出反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)分布情況，并在此基礎(chǔ)上加入定量示蹤劑進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，從而得出停留時(shí)間分布曲線以及停留時(shí)間分布密度曲線。結(jié)果表明，進(jìn)料管長(zhǎng)度為2.6 m的反應(yīng)器效果優(yōu)于長(zhǎng)度為3.6m的反

3、應(yīng)器，反應(yīng)器簡(jiǎn)單依靠增加反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件（如氣相分布器）對(duì)流場(chǎng)有一定影響但不明顯，但若將反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式改為管式反應(yīng)器，則反應(yīng)物的停留時(shí)間分布明顯優(yōu)于其他幾種，而物料出口設(shè)置在釜底更具有相對(duì)較好的性能。
　　在反應(yīng)器流場(chǎng)性能研究的基礎(chǔ)之上，還對(duì)三種類型的在不同反應(yīng)器結(jié)構(gòu)及進(jìn)料條件的條件下的表現(xiàn)進(jìn)行了研究。研究中選用的三種化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)速率相差較大，活化能不同:甲烷氧化反應(yīng)（高活化能慢反應(yīng)）、乙醇燃燒反應(yīng)（高活化能快反應(yīng)）、脫硝反應(yīng)（低活化