计算流体力学在生物柴油反应器中的应用

发布时间：2017-03-18 05:02

  本文关键词：计算流体力学在生物柴油反应器中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前能源短缺和环境污染问题越来越严重,生物柴油作为可再生环境友好型燃料受到很大关注,而且世界各国消耗量日益增加,因此生物柴油的生产成为研究热点。地沟油相比于植物油价格便宜,而且可以避免食品安全问题,同时可以减少其对环境的污染,所以经常被用作生物柴油原料。酶法生产生物柴油条件温和,可以有效处理成分复杂的地沟油,但是由于地沟油和甲醇两相不相溶使得二者的混合和反应成为一大难题反应时间过长。本文将计算流体力学模拟应用于生物柴油反应器的设计和应用中,并且通过实验验证模拟的正确性。首先对不同液液体系反应装置比如搅拌式反应器、气升式反应器、静态混合式反应器进行模拟,采用多重参考系法,结果表明静态式混合器分散相含率和连续相速率最高分别为0.2025和0.19 m/s,出口处分散相整体分布均匀。实验验证方面,油水混合实验证明静态混合式2.5 min内将水滴分散成1-3gm左右液滴。对于普通地沟油,静态混合式反应器7.5 h的反应效果与搅拌式反应器24 h效果相当。能耗方面,对于年产5吨工业化装置,反应阶段能耗降低约50%。反应设备投资节省约78%,反应装置占地面积只需搅拌式下的三分之一。从以上理论模拟、实验验证、能耗计算三个方面对反应器进行对比分析,得出静态混合式反应器设计方案。
【关键词】：静态混合式反应器 搅拌式反应器 气升式反应器 生物柴油
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE667;TQ052
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 生物柴油概述14-15
• 1.2 生物柴油生产方法15-26
• 1.2.1 生物柴油的生产原料15-17
• 1.2.2 生物柴油生产工艺17-21
• 1.2.3 生物柴油反应器21-26
• 1.2.3.1 搅拌式反应器22-23
• 1.2.3.2 气升式反应器23-24
• 1.2.3.3 静态混合式反应器24-26
• 1.3 计算流体力学26-29
• 1.3.1 控制方程26-27
• 1.3.2 离散方法27
• 1.3.3 模拟方法27-28
• 1.3.4 模拟计算求解过程28-29
• 1.4 CFD模拟在三种混合器中的应用29-30
• 1.5 本论文研究内容及研究意义30-32
• 第二章 酶催化生物柴油反应器CFD模拟32-52
• 2.1 搅拌式反应器的模拟32-39
• 2.1.1 物理模型与参数设定32-34
• 2.1.2 结果与讨论34-39
• 2.1.2.1 Streamline图比较35
• 2.1.2.2 液相速率比较35-37
• 2.1.2.3 轴向速率比较37-38
• 2.1.2.4 甲醇相含率比较38
• 2.1.2.5 功率比较38-39
• 2.2 气升式反应器模拟39-43
• 2.2.1 物理模型与参数设定39-40
• 2.2.2 结果与讨论40-43
• 2.2.2.1 Streamline图比较40-41
• 2.2.2.2 分散相含率图比较41-42
• 2.2.2.3 不同导流筒半径下各参数比较42-43
• 2.3 静态混合器的模拟43-49
• 2.3.1 物理模型与参数设定43-44
• 2.3.2 结果与讨论44-49
• 2.3.2.1 不同流速对流场的影响44-45
• 2.3.2.2 不同混合单元数对流场的影响45-46
• 2.3.2.3 不同长径比对流场的影响46-48
• 2.3.2.4 搅拌式、气升式和静态式反应器的比较48-49
• 2.4 总结49-52
• 第三章 酶催化生物柴油反应器实验验证52-70
• 3.1 油水混合实验52-55
• 3.1.1 实验材料与过程52-53
• 3.1.2 结果与讨论53-55
• 3.2 普通地沟油反应实验验证55-59
• 3.2.1 实验材料与过程55
• 3.2.2 结果与讨论55-59
• 3.3 低酸值地沟油反应实验验证59-61
• 3.3.1 实验材料与过程59-60
• 3.3.2 结果与讨论60-61
• 3.4 酶重复利用反应61-63
• 3.4.1 实验材料与过程61-62
• 3.4.2 结果与讨论62-63
• 3.5 不同反应器比较63-68
• 3.5.1 甲酯产率比较63
• 3.5.2 时空产率比较63-64
• 3.5.3 工艺综合评价64-68
• 3.6 总结68-70
• 第四章 结论与展望70-72
• 4.1 总结70
• 4.2 研究展望70-72
• 参考文献72-82
• 致谢82-84
• 研究成果及发表的学术论文84-86
• 作者及导师简介86-87
• 附件87-88

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