異形甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑效率因子

【摘要】：近年來，甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑異形化研究取得了很大進(jìn)展，其主要目的是提高催化劑的效率因子，降低固定床反應(yīng)器中的壓降。但目前異形催化劑的性能數(shù)據(jù)仍主要依靠實(shí)測，而帶有普遍性和規(guī)律性的研究還很欠缺。對于常規(guī)外形轉(zhuǎn)化催化劑的效率因子，文獻(xiàn)中已有比較完整的數(shù)據(jù)可供參考，但對異形蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑效率因子的準(zhǔn)確計(jì)算仍相當(dāng)困難。 建立了適用于異形轉(zhuǎn)化催化劑的傳質(zhì)-傳熱耦合數(shù)學(xué)模型，由此得到的偏微分方程組復(fù)雜，要得到高精度的濃度和溫度分布，其它算法計(jì)算難度大，過程復(fù)雜、技巧性強(qiáng)。本文用有限元法求解，求解方法簡單、快速、精確，使異形轉(zhuǎn)化催化劑平衡死區(qū)大、求解區(qū)域復(fù)雜等特殊性幾乎沒有給模型求解帶來困難，易于推廣到各種復(fù)雜外形的轉(zhuǎn)化催化劑上。 為了檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，在磁力攪拌內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器中，570～770℃，3.0MPa實(shí)驗(yàn)條件下，對七孔球形和三孔橢球形轉(zhuǎn)化催化劑的本征動力學(xué)和宏觀動力學(xué)進(jìn)行了研究，建立了冪函數(shù)型的本征動力學(xué)方程。應(yīng)用本模型對催化劑的宏觀動力學(xué)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，獲得了濃度、溫度等參數(shù)在催化劑內(nèi)的分布，并進(jìn)一步計(jì)算得到效率因子，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，證明了模型是可靠的。 模擬結(jié)果表明七孔球形催化劑效率因子從0.2369到0.3550之間，與實(shí)驗(yàn)值相比較，平均相對誤差8.22％；三孔橢球形催化劑效率因子從0.2136到0.3209，平均相對誤差10.71％。相比球形等傳統(tǒng)催化劑，異形化后效率因子有很大提高。七孔橢球形催化劑粒內(nèi)存在10～16℃溫差，三孔橢球形催化劑粒內(nèi)存在10～20℃溫差，溫差較大，不能視為等溫。催化劑粒內(nèi)濃度和溫度在靠 四川大學(xué)碩士學(xué)位論文 近催化劑外表面處變化劇烈，而靠近催化劑中心處變化平緩，存在較大死區(qū)。 關(guān)鍵詞:異形催化劑;甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化;效率因子;數(shù)學(xué)模型;有限元 【關(guān)鍵詞】：異形催化劑 甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化 效率因子 數(shù)學(xué)模型 有限元
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：O643.32
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-15
• 1．1．效率因子研究概述8-10
• 1．1．1．效率因子研究的現(xiàn)狀8-10
• 1．1．2．效率因子計(jì)算方法10
• 1．2．甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化催化劑10-14
• 1．2．1．甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化10-11
• 1．2．2．轉(zhuǎn)化催化劑顆粒的形狀優(yōu)化11-12
• 1．2．3．異形轉(zhuǎn)化催化劑效率因子12-14
• 1．3．研究內(nèi)容14-15
• 第二章 異形轉(zhuǎn)化催化劑傳質(zhì)-傳熱耦合數(shù)學(xué)模型15-24
• 2．1．傳質(zhì)-傳熱偏微分方程組的建立15-17
• 2．1．1．?dāng)?shù)學(xué)模型15-17
• 2．2．模型參數(shù)17-19
• 2．2．1．有效擴(kuò)散系數(shù)及有效導(dǎo)熱系數(shù)17-19
• 2．2．2．平衡常數(shù)19
• 2．3．模型求解19-24
• 2．3．1．有限元法概述19-20
• 2．3．2．網(wǎng)格剖分及求解20-22
• 2．3．3．模型計(jì)算框圖22-23
• 2．3．4．求解方法可靠性驗(yàn)證23-24
• 第三章 效率因子數(shù)學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證24-37
• 3．1．實(shí)驗(yàn)原料及儀器24-25
• 3．2．實(shí)驗(yàn)流程25-26
• 3．3．實(shí)驗(yàn)條件26-27
• 3．4．本征動力學(xué)實(shí)驗(yàn)27-33
• 3．4．1．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理28-31
• 3．4．2．本征動力學(xué)方程擬合31-32
• 3．4．3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)32-33
• 3．5．宏觀動力學(xué)實(shí)驗(yàn)33-35
• 3．6．效率因子數(shù)學(xué)模型檢驗(yàn)35-37
• 第四章 模擬結(jié)果與討論37-50
• 4．1．催化劑粒內(nèi)參數(shù)分布37-46
• 4．1．1．濃度分布37-40
• 4．1．2．溫度分布40-42
• 4．1．3．死區(qū)分布42-46
• 4．2．模型間的比較46-50
• 4．2．1．本模型與等溫模型間比較46-47
• 4．2．2．本模型與Aris球化模型比較47-50
• 第五章 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 研究生期間發(fā)表論文及專利55-56
• 聲明56-57
• 致謝57

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