结构化催化剂内多相流流动及传质性能模拟研究
结构化催化剂具有比表面积大，压降低，传质系数大并且转化率高，轴向混合低，易于过程放大等优点，并且避免了浆态床中催化剂的过滤问题，是替代传统颗粒催化剂，过程强化的新型催化剂。异丙苯作为一种重要的有机化工原料，有十分广泛的用途。本文采用单元模块模拟CFD方法研究了苯与丙烯在整体式结构化催化剂单个微通道内流体力学学性能和气液两相泰勒流下的传质性能。 采用计算流体力学的方法研究了气液两相在结构化催化剂单通道内的流动形态分布，微通道直径dh=2 mm，在研究的表观气液速范围内UG=0.01-3.0 m·s-1、UL=0.01-0.05 m·s-1，流型主要包括泡状流、泰勒流、过渡流型和环状流。同时研究了泰勒流态下速度、压力等在微通道的流场分布及壁面接触角对泰勒流内部压力、泰勒单元长度及气泡形状的影响。当液相为凹液面时，泰勒气泡内压力大于周边液相的压力;当液相为凸液面时，气泡内的压力小于周边液相的压力。此现象主要由于壁面接触角的大小影响着表面张力的方向，液面的曲率发生变化，进而使得拉普拉斯压力发生改变。 选取一个泰勒单元为模拟研究对象，模拟研究气液两相的传质性能。主要考察了气泡上升速率、泰勒单元的长度及液膜厚度等因素对传质系数的影响。同时对丙烯在液相苯中的浓度场、速度场分布进行了分析研究，速度场与浓度场具有很好的协同作用。结构化催化剂微通道内泰勒流态的气液两相传质相比传统颗粒型催化剂的传质系数提高了1-2个数量级。泰勒流流动形态中涡流的产生，强化了气液两相的传质过程。
结构化催化剂;多相流流动;传质性能;计算流体力学
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
雷志刚
2015
中文
O643.36
74
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）