固定床反应器结构及颗粒特性对流动性能的影响

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1、学号：12105418常州大学硕士学位论文固定床反应器结构及颗粒特性对流动性能的影响研究生董宝川指导教师刘雪东教授学科、专业名称化工过程机械研究方向粉体工程技术及应用2015年4月InfluenceofReactorStructureandParticleCharacteristicsonTheFlowPropertiesinFixedBedADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByDongBao-chuanChemicalProcessEquipmentDi

2、ssertationSupervisor:Prof.LiuXue-dongApril，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。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，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即

3、：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在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。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要固定床反应器被广泛应用于各种化工生产过程中，如催化反应、气体吸收、吸附等，具有返混小、催化剂机

4、械损耗低和结构简单的优点，同时也具有传热性能差和催化剂不易更换的缺点。随着计算机技术的发展，运用计算流体力学软件对流场进行分析已经成为重要的研究方法。因此，运用数值模拟的方法研究固定床反应器结构对内部流体流动特性的影响，能够获得更精确的流动信息，有利于对固定床的流动特性进行更深入的了解。本文从固定床床层颗粒堆积过程入手研究，采用离散单元法，对不同直径的颗粒和不同形状的颗粒堆积床层过程进行模拟，得出如下结论：（1）床层的堆积密度与颗粒尺寸有关，在相同初速度条件下，颗粒尺寸越小，在床层的堆积密度越大；（2）床层

5、的堆积密度与颗粒形状有关，相同初速度条件下，采用球形的颗粒堆积的床层密度比采用圆柱形颗粒和片状颗粒堆积的颗粒数更多，堆积密度也更大。（3）床层的堆积密度受初始速度影响较大，随着初始速度的增大，床层堆积密度增大，但初始速度不是越大越好，当初始速度达到一定值时，床层堆积密度趋于最大值，不再发生变化。采用CFD方法模拟了固定床内部结构对流动性能的影响，介绍了分布板开孔方式和开孔率对固定床速度场和压力场的影响。在确定最优分布板的基础上，加入颗粒相，运用CFD-DEM耦合的方法，对固定床床层装填密度、固定床管径比对固

6、定床内部流动性能的影响进行了模拟，通过模拟数据得到如下结果：（1）在固定床反应器入口处设置气体分布板，有利于在分布板前面形成稳定的压力，从而能够使得气体经过分布板时分布更加均匀；（2）采用三角形排列分布板的流体速度比采用正方形排列和圆形排列的分布板更容易达到稳定，更有利于气体的均匀分布。（3）采用正三角形排列的分布板，开孔率越小，更有利于形成稳定的气室，气体速度分布越均匀；（4）管径比对于床层的孔隙率和压降都有影响。管径比较大时，床层的孔隙率和压降受入口速度影响较大，确定合适的管径比有利于控制床层压降，提高

7、设备使用寿命。建立小型实验装置，对装填直径为6mm和8mm颗粒的床层进行试验，并与模拟结果对比吻合较好。同时对固定床进行放大研究，分别模拟了放大2倍和5倍的固定床，并对其速度分布和流场信息进行分析，I发现放大倍数越大，在分布板前后越容易形成循环流动，对床层内流场均匀分布具有一定影响。关键词：固定床反应器；堆积密度；气体分布板；CFD-DEM耦合；过程放大IIABSTRACTFixedbedreactorsarewidelyusedinvariouschemicalproductionprocess,such

8、ascatalyticreactions,gasabsorptionandadsorption.Fixedbedreactorshavethecharactersoflittlebackmixing,smallmechanicalwearrateandsimplestructure.However,itsheattransferperformancewaspoorandthecatalystwashardtore