固定床甲烷化反應(yīng)過程模擬及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)強度分析.pdf

1、本文以ANSYS-Workbench模擬軟件為平臺，結(jié)合5000m3/h的甲烷化示范裝置提供的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)尺寸、進出口參數(shù)等，對自熱式固定床甲烷化反應(yīng)器進行數(shù)值模擬及分析。首先分析了催化床層的空隙率分布規(guī)律及其與流動特性的聯(lián)系，進而研究了整個反應(yīng)器內(nèi)的流動規(guī)律，在此基礎(chǔ)上基于流量分配均勻的目標對反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化。然后，在流體流動模型的基礎(chǔ)上，通過將甲烷化動力學方程以源項的形式添加到組分守恒方程中，從而對甲烷化反應(yīng)過程進行了模擬。提

2、取了溫度以及組分濃度在反應(yīng)器中的分布規(guī)律，并通過改變操作參數(shù)探究影響床層溫度分布與甲烷產(chǎn)率的影響因素。最后，在獲得溫度場的基礎(chǔ)上利用“熱-力耦合”方法對反應(yīng)器進行了結(jié)構(gòu)強度評價。
　　研究結(jié)果表明：①利用離散元軟件PFC-3D與有限元軟件ANSYS-APDL耦合建模能夠快速準確的建立變徑隨機填充球床模型；空隙率在徑向上具有波動性，在近壁面處有壁效應(yīng)；流體通過填充球床時，速度在徑向分布上具有與空隙率一致的波動性；隨填充顆粒的減小壓降

3、波動逐漸不明顯。②流體在反應(yīng)器內(nèi)的流動緩慢，受邊界層以及空隙率的綜合影響，速度極值出現(xiàn)在中心以及距中心250mm處。反應(yīng)器內(nèi)筒與外筒間的環(huán)隙內(nèi)存在非理想流動，選擇“反應(yīng)器內(nèi)筒的外壁增加擾流環(huán)板”的形式來進行基于流量分配均勻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。③對于催化床層區(qū)，軸向上溫升明顯，受反應(yīng)物濃度影響，升溫速度先快后慢。在徑向上，溫度分布呈現(xiàn)為“兩邊高、中間低”。催化區(qū)壁面溫度與中心溫度差值在5℃-30℃范圍內(nèi)。甲烷產(chǎn)率及床層內(nèi)溫度場受到入口溫度、流量、