合成气制甲醇反应器性能多尺度模拟及优化

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文题目日期：二O一四年六月一El}illIIIIIIIIIIIIIlllllllIlllllllIIIllI北京化工大学学位论文原创性声明丫至9299璺§～本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：立丑延垄∑日期：坦!生：幺：!墨关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位

2、论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在一年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：重：』垂垒、日期：塑睦幺：Q查导师签名：盘：f獐日期：趋!生!Q坌19；学位论文数据集中图分类号TQ032．4学科分类号530．2440论文编号1001020140039密级公开学位授予单

3、位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名刘亚杰学号2011200039获学位专业名称化学工程与技术获学位专业代码081700课题来源其他项目研究方向多相反应工程论文题目合成气制甲醇反应器性能多尺度模拟及优化关键词CFD，合成甲醇，催化剂，颗粒群，反应器，数，窿模拟，多尺度，优化论文答辩日期2014．5．30+论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师刘辉教授北京化工大学化学工程评阅人1雷志刚教授北京化工大学化学工程评阅人2任树行讲师北京化工大学化学工程评阅人3评阅人4评阅人5答辩委员会主席高正明教授北京化工大学化学工程答

4、辩委员1李春喜教授北京化工大学化学工程答辩委员2杨晓进教授北京化工大学化学工程答辩委员3邵磊教授北京化工大学化学工程答辩委员4李英霞副教授北京化工大学化学工程答辩委员5征：一．四．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。学科分类号在中华人民共和国国家标准(CB／T13745-9)《学科分类与代码》中查询。论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要合成气制甲醇反应器性能多尺度模拟及优化本文针对合成气制甲醇反应体系，采用计算流体力学(CFD)软件Fluent，通过对不同形状催化剂单颗粒、颗粒群及反应器床层三个尺

5、度的模拟计算，考察体系的质量传递、能量传递、动量传递以及不同的操作条件对反应体系的影响。单颗粒催化剂尺度方面，研究催化剂颗粒在内、外扩散存在下的性能。分析了颗粒形状对催化剂颗粒有效因子及选择性的影响；同时，考察了带流域单颗粒催化剂的有效因子、选择性、收率及颗粒轴向的温度分布与组分分布。结果表明：(1)催化剂颗粒体积相同的条件下，不同形状颗粒有效因子的大小顺序为：三叶草>四叶草>中空管>二叶草>齿球>圆柱(三p=2砟)>圆柱(三p=砟)>球，颗粒的选择性在0．88—0．93之间；(2)带流域的催化剂颗粒入口处温度上升较快，随后趋于平缓。(3)催化剂颗粒外扩散影响较为显

6、著。颗粒群尺度方面，采用体心立方堆积(BCC)方式，建立八种催化剂颗粒的颗粒群模型，研究颗粒群的质量传递、能量传递和动量传递特性，考察目标颗粒的有效因子以及颗粒群的平均有效因子、选择性、转化率与收率。结果表明：(1)入口段温度无变化，催化剂颗粒温度沿轴向高度不断升高，出口段流体温差逐渐减小。进出口总温差不超过2K。(2)流体流经上下相邻颗粒之间的缝隙时，流速有所增加，流经左右北京化工大学硕士学位论文相邻颗粒之间的缝隙时，速度减小。球形颗粒群中心颗粒后速度减小，基本无回流，其他形状的中心颗粒后方流体流动方向发生改变，产生回流，形成漩涡。(3)颗粒内部CH30H的摩尔分

7、数最大，最大值均在3．28％一4．38％之间。(4)中心颗粒生成CH，OH的有效因子均在O．32一O．35之间，RWGS反应的有效因子均在O．32—0．39之间。(5)生成甲醇的平均有效因子均在O．29一O．33之间，RWGS反应的平均有效因子均在O．29．O．35之间。(6)选择性均在O．87．O．88之间，其值较单颗粒催化剂有所减小。(7)三叶草催化剂颗粒群的转化率与收率均最佳，分别为1．45％与1．26％。反应器床层尺度方面，考察催化剂颗粒形状、原料气入口温度、操作压力、入口质量流量、壁面温度以及入口组成对反应器反应管轴向温度分布与组分分布的影响。结果表明