《大型漿態床反應器流體力學與數學模擬放大技術研究》是依託浙江大學，由李希擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：大型漿態床反應器流體力學與數學模擬放大技術研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：李希
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
漿態床反應器多用於氣液固三相強放熱反應過程，其大型化與高效化是當前發展的趨勢。漿態床流體力學是反應器設計與放大的基礎。本項目針對百萬噸級對二甲苯氧化反應器和費托合成反應器放大設計的要求，提出了針對高氣速和含有密集內構件的漿態床流體力學研究方案和反應器數學模擬放大方法。首先通過一定規模的冷模實驗測量考察不同塔徑、氣速、內構件條件下的流體力學規律，在此基礎上建立起可靠的漿態床流體力學模型，然後結合現有的複雜反應動力學、熱力學、傳熱與傳質數據，給出完整的對二甲苯氧化反應器與費托合成反應器的數學模型，發展高效的大規模數值模擬算法，通過模型研究進行漿態床反應器數學模擬放大設計。項目特點是此前已經在漿態床流體力學模型與模擬方面取得了顯著進展，研究方法與結果在科學上和套用上有重要價值。
結題摘要
本課題針對對二甲苯氧化反應器和費托合成反應器放大設計的要求，提出了針對高氣速和含有密集內構件的漿態床流體力學研究方案和數學模擬放大方法。通過系統的實驗與模擬，考察了三個方面的內容：無內構件的鼓泡塔流體力學放大規律；列管內構件的流體力學；鼓泡塔與流化床的類比研究。重點考查了列管束內構件對不同塔徑中的流體力學參數分布的影響，獲得了許多新的實驗證據和流體力學規律。首先對於無內構件的鼓泡塔流體力學提出了兩種新模型：徑向力平衡模型與基於流化床比擬的尾渦溫度模型，兩種模型都能用於高氣速大塔徑下的鼓泡塔計算模擬，所得結果與直徑800mm與500mm兩種不同尺寸鼓泡塔中測定的氣含率與速度分布實驗數據符合良好，也與文獻中給出的更大塔徑中的速度值相符。其次，實驗首次發現，當存在列管內構件時，直徑500mm與800mm兩種塔中的速度分布與氣含率分布呈現出顯著不同甚至截然相反的規律：小塔（500mm）中的速度與氣含率徑向分布隨列管密度和空塔氣速的增加而趨於陡峭；大塔（800mm）中的徑向分布則隨列管密度和空塔氣速的增加而趨於平緩；在800mm列管塔中速度與氣含率徑向分布也將隨著布氣方式的改變而發生相應的顯著變化，其趨勢是保持分布區的分布形態而沿塔高發展；實驗表明，大型帶密集列管的鼓泡塔中，不存在充分發展段，分布區貫穿於全塔，分布器的設計對於大型密集列管塔反應器性能具有整體的而不是局部的影響。最後，本課題將鼓泡塔與流化床進行比擬研究，產生了兩個方面的新結果：一是類比流化床“顆粒溫度”的概念引入氣泡“尾渦溫度”及其相關的輸運與耗散方程，能夠合理地考慮鼓泡塔中液相小尺度湍動對氣液兩相流動的貢獻，解決了以往兩相湍流模型能量不守恆的問題；二是類比鼓泡塔的氣液兩相，對流化床也採用氣泡相與乳化相進行描述，引入類似的徑向力平衡模型，有助於解決流化床模型的放大計算問題。本課題發表論文16篇，錄用3篇，基本上完成了項目任務書規定的任務，針對帶列管束的大型鼓泡塔的實驗測量首次發現了許多新的現象和規律，為多相流體力學研究與反應器放大提供了新的實驗證據。
