蒽醌法双氧水在结构化反应器中传递和反应性能研究
独特的结构和形式使结构化反应器具有多种优于传统反应器的特点:比表面积大、压降和能耗低、可操作范围广、传质性能好及催化剂利用效率高等。结构化反应器通道尺寸较小，表现出来的传递和反应性能与传统反应器有很大的差别。过氧化氢是一种重要的绿色化学试剂，广泛应用于医学、军事和工业领域，蒽醌法是目前国内外最重要也是应用最广泛的生产过氧化氢的方法。本研究采用计算流体力学的方法对微通道尺度下结构化催化剂与反应器内蒽醌-氢气体系的流体力学、传质及反应性能进行了模拟研究。 首先采用商业CFD软件VOF模型模拟研究了直径为2mm的T型微通道内蒽醌工作液-氢气体系气液两相垂直向上流动的流体力学性能。研究了不同表观气液进口速率下反应器微通道内气液两相流型变化情况及流型分布图。重点对泰勒流下微通道内的速度压力分布情况进行了考察，并且研究了表观气液速率对泰勒气泡长度及液栓长度的影响。 其次对单个泰勒单元内蒽醌工作液-氢气体系的冷模传质性能进行了模拟研究，得到了泰勒单元内速度场和浓度场分布。考察了泰勒流下各个因素对冷模状态时液相体积传质系数的影响，即传质系数随着气泡上升速度和液膜长度的增大而增大，随着泰勒单元长度和液膜厚度的增大而减小，并且在相同条件下，管径越小，对气液传质越有利。 最后模拟研究了单个泰勒单元内蒽醌加氢过程的传质与反应性能。蒽醌加氢反应的进行能够进一步强化气液传质过程，此时液相体积传质系数为冷模模型的1-3倍。反应主要发生在泰勒气泡周围的催化剂壁面处，泰勒气泡上方反应产物的浓度大于气泡下方的浓度，并且越靠近催化剂壁面处，反应产物的浓度越大。考察了各个因素对蒽醌转化率的影响，并且与冷模传质系数的变化趋势进行对比，可知反应与传质过程是相互促进的。
过氧化氢;蒽醌法;反应器;流体力学;反应性能
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
雷志刚
2017
中文
TQ123.6
81
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）