雙段固定床甲烷化反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)特征研究及反應(yīng)器強(qiáng)度分析

【摘要】：本文選取Topsoe工藝中的固定床甲烷化反應(yīng)器為研究對(duì)象,由于Topsoe Process中甲烷化反應(yīng)器分三段,甲烷化主要發(fā)生在第一段甲烷化反應(yīng)器中,因此,本論文主要針對(duì)第一段甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行模擬研究。研究?jī)?nèi)容圍繞甲烷化反應(yīng)器內(nèi)部場(chǎng)分布和固定床甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行。在論文中提及的第一段甲烷化反應(yīng)器均由甲烷化反應(yīng)器代替。首先,建立甲烷化反應(yīng)器流體模型,運(yùn)用ANSYS-CFX進(jìn)行流體模擬,確定模擬模型。為了驗(yàn)證模型的正確性,將模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì),比對(duì)結(jié)果5%時(shí)認(rèn)為模擬模型是合適的。確定物理模型和模擬模型后,提取溫度分布、流速分布及各組分分布矢量圖,一方面,可以明確床層中的各量分布情況;另一方面,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,明確床層存在的問(wèn)題,以便針對(duì)存在的問(wèn)題提出措施。第二,針對(duì)反應(yīng)器存在的問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的床層結(jié)構(gòu)改變,得到床層結(jié)構(gòu)與甲烷產(chǎn)量的關(guān)系,進(jìn)一步確定既有利于溫度均勻分布又能保證甲烷產(chǎn)量的床層結(jié)構(gòu)。第三,對(duì)反應(yīng)器入口工藝參數(shù)進(jìn)行研究,提出當(dāng)其他參數(shù)條件滿足設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí),入口溫度、空速和入口壓力的允許操作范圍。最后,提取甲烷化反應(yīng)器內(nèi)壁面的溫度分布、壓力分布,通過(guò)曲線擬合的方法得到其擬合曲線,將其加載到甲烷化反應(yīng)器設(shè)備上,進(jìn)行熱分析;結(jié)合反應(yīng)器的機(jī)械載荷,將熱分析結(jié)果傳遞到反應(yīng)器上,對(duì)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行熱-力耦合分析,保證反應(yīng)器安全穩(wěn)定運(yùn)行。 【關(guān)鍵詞】：甲烷化 甲烷化反應(yīng)器 CFX 溫度分布 場(chǎng)提取
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE665.3
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 緒論7-20
• 1.1 研究背景7-9
• 1.2 現(xiàn)有甲烷化工藝技術(shù)9-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外甲烷化技術(shù)研究進(jìn)展12-15
• 1.3.1 甲烷化催化劑研究12-14
• 1.3.2 甲烷化工藝研究14-15
• 1.3.3 固定床甲烷化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究15
• 1.4 甲烷化反應(yīng)過(guò)程數(shù)值模擬進(jìn)展15-17
• 1.5 課題研究對(duì)象、選題意義及研究?jī)?nèi)容17-20
• 1.5.1 課題研究對(duì)象17
• 1.5.2 選題意義17-19
• 1.5.3 研究?jī)?nèi)容19-20
• 第二章 固定床甲烷化反應(yīng)過(guò)程的模型選擇20-25
• 2.1 數(shù)學(xué)模型選擇20-24
• 2.1.1 多孔介質(zhì)模型20-22
• 2.1.2 k-k 模型22-23
• 2.1.3 熱能模型23-24
• 2.2 ANSYS軟件介紹24-25
• 第三章 甲烷化反應(yīng)器模型建立及模擬結(jié)果分析25-52
• 3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的確定25-34
• 3.1.1 定壓比熱25-27
• 3.1.2 粘度計(jì)算和導(dǎo)熱系數(shù)27-28
• 3.1.3 甲烷化反應(yīng)體系中反應(yīng)熱的確定28-30
• 3.1.4 多孔介質(zhì)孔隙率的確定30-31
• 3.1.5 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型31-34
• 3.2 甲烷化反應(yīng)器模型的建立及網(wǎng)格生成34-42
• 3.2.1 甲烷化反應(yīng)器模型35-38
• 3.2.2 網(wǎng)格生成38-42
• 3.3 甲烷化反應(yīng)器床層模擬計(jì)算42-50
• 3.3.2 邊界條件及化學(xué)反應(yīng)添加42-44
• 3.3.3 甲烷化反應(yīng)模擬結(jié)果驗(yàn)證44-46
• 3.3.4 模擬結(jié)果提取及分析46-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 改變甲烷化催化床層結(jié)構(gòu)的影響52-62
• 4.1 第二段催化層出.形狀改變52-54
• 4.2 等徑處理54-55
• 4.3 第二段催化劑層分段處理55-57
• 4.4 延長(zhǎng)催化層出.段等徑部分57-58
• 4.5 改變長(zhǎng)徑比58-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 甲烷化反應(yīng)器反應(yīng)情況的影響因素62-72
• 5.1 反應(yīng)器進(jìn).溫度影響62-65
• 5.2 空速的影響65-69
• 5.3 入口壓力的影響69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 第六章 甲烷化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分析72-85
• 6.1 甲烷化反應(yīng)器熱分析72-79
• 6.1.1 熱應(yīng)力理論基礎(chǔ)72-73
• 6.1.2 基于Workbench的熱分析過(guò)程73-79
• 6.2 熱-力耦合計(jì)算及結(jié)果分析79-84
• 6.2.1 甲烷化反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)80
• 6.2.2 甲烷化反應(yīng)器熱力耦合分析過(guò)程80-82
• 6.2.3 耦合應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析82-84
• 6.3 本章小結(jié)84-85
• 第七章 結(jié)論與展望85-87
• 7.1 結(jié)論85-86
• 7.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 在讀期間發(fā)表論文情況91-92
• 致謝92-93

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