《汽油脫硫催化精餾體系的濃度多尺度問題研究》是依託天津大學，由李永紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：汽油脫硫催化精餾體系的濃度多尺度問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李永紅
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
化工複雜系統的濃度多尺度是一類新的多尺度問題，現有的氣固流態化多尺度、擾動流體旋渦多尺度和材料結構多尺度的研究結果已不能解決這類問題。本項目針對汽油脫硫催化精餾體系的濃度多尺度特徵，研究多尺度量化方法。採用巨觀-細觀雙尺度耦合分析，結合反應與分離耦合作用的特點，從局部組成入手，探索對流體混合物的濃度多尺度分解的有效途徑，並進行分尺度的反應動力學、熱力學、流體力學和傳質學的實驗研究，建立相間傳質傳熱和化學反應耦合動力學模型，獲取不同尺度的模型參數，通過物理化學分析，揭示相平衡與反應速率模型之間跨尺度聯繫的新特徵和規律性，提出確定穩定性條件的原則，建立耦合系統的綜合數學模型和精確的求解方法。本項目研究成果將為汽油脫硫創新技術提供堅實的理論設計基礎和有效的數值模擬手段，同時為複雜化工過程多尺度方法的發展和深化充實新的科學內涵。
結題摘要
本項目針對汽油脫硫體系催化精餾複雜系統，將能量最小原理模型套用於模擬分析帶有化學反應的汽液平衡體系，探索和解釋了催化精餾過程的控制機理。提出了控制機制競爭多尺度的思想，並套用該思想為催化精餾過程建立了多尺度模型。研究中採用具有固體催化劑的單級反應蒸餾過程作為催化精餾塔的一個平衡級進行實驗和數值計算。 從微尺度分析，液相易揮發反應物分子具有雙重可變潛能，一種變化趨勢是由蒸餾作用導致的液體汽化，另一種是由催化劑作用導致的化學變化。作用於同一個液體分子的這兩種機制產生了相反的作用力，從而提出了雙控制機制的新觀點，即在催化精餾體系中反應物的蒸餾與化學轉化兩種控制機制相互競爭。而傳統的催化蒸餾模型都是建立在巨觀尺度，僅僅體現了反應和蒸餾的相互促進，但是忽略了這種相互競爭的的作用。 為了關聯微尺度和宏尺度對兩種不同控制機制的表達，提出了一種適用於催化蒸餾過程的介尺度方法。儘管液體反應物分子同時受到蒸餾和催化這兩種機制的控制，但是最終只能發生一種變化。化學變化發生在固體催化劑表面，需要經歷吸附-反應-脫附的過程，反應物的吸附是反應控制機制的邊界條件，發生吸附的反應物分子不再受蒸餾作用的控制。根據這個原理提出了虛擬雙液相的概念，即在催化蒸餾填料表面存在虛擬反應液相和虛擬蒸餾液相，並建立了基於Langmuir吸附等溫及其液固吸附擴展模型的介尺度數值方法。 對汽油脫硫體系在微濃度和全濃度範圍進行了實驗和相平衡數據對比，結果表明稀溶液中微量組分的汽液相濃度呈現二次多項式關係，無法使用全濃度相平衡模型和傳統的Herry定律描述，並驗證了反應和蒸餾濃度尺度跨度較大體系的多尺度反應相平衡的控制機制競爭多尺度模型。
