络合铁法脱硫环流式反应器的数值模拟与分析

发布时间：2023-11-05 09:48

　　络合铁法脱硫作为一种绿色高效的天然气净化工艺,在处理小规模中低潜硫含量的酸气方面表现优异,该工艺中环流式反应器以其低能耗和高传质效率在CO2捕集、石油化工、生物发酵和污水处理等方面有着广泛应用。本论文主要以CFD模拟为研究手段,以环流反应器为研究对象,主要分析气液两相流场特性及影响因素,并进一步研究气泡行为、分析传质区域及传质效率,最后探究气液固三相流场分布、传质特性和反应特性。根据现场装置数据和Aspen模拟数据,建立了环流反应器三维物理模型,获得基于现场反应器结构尺寸的反应停留时间为0.1h,满足循环效果的液相循环速度为1.0440m/s。通过引入Eulerian多相流模型、标准k-ε模型描述气液湍流运动并考虑虚拟质量力和曳力影响,建立环流反应器内气液两相流动数值模拟模型,进行高质量网格划分和求解算法优化。研究了操作参数和结构参数对气含率和液相循环速度的影响情况,得到双气流自循环流场,结果表明反应器内流场分布均匀且存在明显的区域差异,在径向和轴向存在“粘滞”效应和“断点”现象,得到满足循环效果的操作参数:空气表观气速为0.8668 m/s和结构参数:导流筒直径为1.1 m和高度为4...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 背景及意义
    1.2 络合铁法脱硫原理
    1.3 脱硫反应器研究现状
        1.3.1 气升式环流反应器简介
        1.3.2 气升式环流反应器的特性参数及影响因素
        1.3.3 气升式环流反应器应用
    1.4 研究内容、方法及思路
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 创新点
        1.4.3 研究方法
        1.4.4 研究思路
第2章 环流反应器气液两相流动的数值模拟
    2.1 络合铁法脱硫工艺流程和运行参数
        2.1.1 络合铁法脱硫工艺流程
        2.1.2 环流反应器结构参数
        2.1.3 环流反应器操作参数
    2.2 气液两相流动数值模拟模型
        2.2.1 流体力学基本方程
        2.2.2 多相流模型
        2.2.3 湍流模型
        2.2.4 相间作用力
    2.3 模型及计算设置
        2.3.1 物理模型
        2.3.2 网格模型及验证
        2.3.3 边界条件和计算设置
    2.4 计算结果与分析
        2.4.1 反应器内流场分布
        2.4.2 混合物密度影响
        2.4.3 空气表观气速影响
        2.4.4 导流筒直径影响
        2.4.5 导流筒高度影响
    2.5 小结
第3章 反应器内气泡行为特征的模拟研究
    3.1 气泡行为的数值模型
        3.1.1 群体平衡模型
        3.1.2 气泡聚并与破碎模型
    3.2 模型及计算设置
    3.3 计算结果与分析
        3.3.1 气泡尺寸分布
        3.3.2 气泡界面浓度分布
        3.3.3 空气表观气速影响
    3.4 小结
第4章 反应器内传质与反应特性研究
    4.1 化学反应数值模拟模型
        4.1.1 组分输运模型
        4.1.2 相间传质
    4.2 模型及计算设置
        4.2.1 网格模型
        4.2.2 边界条件和计算设置
    4.3 计算结果与分析
        4.3.1 反应器内流场分布
        4.3.2 反应器内组分浓度分布
        4.3.3 液相体积传质速率
        4.3.4 液相氧化还原反应速率
    4.4 小结
第5章 结论及建议
致谢
参考文献
附录
攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3860789