费托合成搅拌釜相分散结构的研究与优化

发布时间：2020-05-15 01:30

【摘要】：费托合成铁基催化剂的实验室小试评价装置为搅拌釜式浆态床反应器,釜内多相流动状态复杂。搅拌釜的入塔表观气速较小,受釜结构限制,釜底部的固含率较高,且分散不均匀。通过优化内构件及操作条件,均不能大幅提升釜底的相分散效果,影响了催化剂反应性能的平行性和重复性。为解决搅拌釜相分散的问题,冷态实验以费托合成轻柴油-空气为实验介质,分别采用高速摄像法、光纤探针法考察不同内构件结构、表观气速、搅拌转速等对搅拌釜内相分散的影响,并对搅拌釜内的流场分布进行了计算流体力学(CFD)数值模拟,设计了热态实验装置的新型相分散结构,进行费托合成铁基催化剂反应性能的验证对比。具体工作及主要结果如下:(1)参照热态实验装置等比例设计冷态实验装置,采用高速摄像法详细研究了挡板、气体分布器、搅拌桨等内构件以及搅拌转速对气含率、气泡尺寸分布的影响。冷态实验结果表明:在高速搅拌下,流体被快速甩到边壁,挡板形成流场扰流作用,流体沿挡板向上向下流动,形成两个分散中心;加入催化剂后,挡板前后未发现催化剂沉积,但搅拌釜底部存在一定数量的催化剂沉积,并随着催化剂的增加,沉积的量逐渐增加;分布器的结构形式对相分散影响较大,烧结金属型分布器的相分散效果最好;通过改造底部进气方式及分布器形式,可以很好的解决气体分布及催化剂分散问题。(2)采用化学腐蚀法制备了光纤探针,对不同表观气速、搅拌转速及气体分布器条件下的搅拌釜内气含率进行了测量,考察搅拌釜内轴向、径向的局部气含率的分布。结果表明:搅拌釜内的局部气含率随着表观气速和搅拌转速的增大而增大;当搅拌转速达到一定值时,局部气含率不再增大;改进入口气体分布器型式对气相均匀分布的作用明显;(3)基于Euler-Euler双流体模型和标准k-ε湍流模型,并将多重参考系(MRF)的方法用于描述旋转叶轮与固定挡板之间的相对运动,对搅拌釜内的流场分布进行CFD数值模拟。模拟结果表明,改变搅拌釜的结构型式可有效改善釜底的相分散。(4)设计两种新型热态实验的搅拌釜催化剂评价装置,并在该新型搅拌釜内进行了费托合成铁基催化剂反应性能的长周期测试。结果表明,新型相分散结构的费托合成反应性能的平行性基本一致,催化剂的稳定性得到有效提高,产物选择性差异较小。
【图文】：

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图２．１实验装置逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ逡逑实验室搅拌釜式浆态床反应器的结构示意图如图２．１所示，本章需要针对以逡逑下问题进行冷态实验研究：逡逑（１）

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Ｇａｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｏｒ逡逑Ｓｔｉｒｒｅｄ邋ｔａｎｋ逡逑图２．１实验装置逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ逡逑实验室搅拌釜式浆态床反应器的结构示意图如图２．１所示，，本章需要针对以逡逑下问题进行冷态实验研究：逡逑（１）
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ529.2;TQ426

【参考文献】