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《华东理工大学》 2010年
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无控制Ⅱ型动量交换型径向流反应器催化剂封和床层流场行为的研究

李瑞江  
【摘要】:径向流反应器是一种高效节能反应器,适用于气固两相流催化反应,已在石油化工、碳一化工等化工过程工业中得到广泛应用。工业中的径向反应器大都属动量交换型,如负压操作的乙苯脱氢反应器、常压的氨氧化反应器、中压催化重整、低压的连续催化重整反应器和甲苯歧化反应器等。п型流动型式是动量交换型径向反应器的最佳选择,具有结构简单、压降小、流体分布均匀性好、易于反应器工程放大和大型化等优点。 本文在多套大型冷模装置上,对无控制п型大型轴径向反应器床层流场及催化剂封‘内流场、多床层п型径向反应器各分床层流场等进行了研究,并考察了流动型式、催化剂封高、限流区、流道静压分布等对流场的影响,探索了径向反应器的工程放大规律,建立了工业无控制п型径向反应器放大模型。 本文的主要工作如下: (1)在直径3 m、高7 m的大型п型轴径向反应器冷模装置上,建立了п型轴径向二维流动模型,采用实测的边界条件,考察了大型п型轴径向反应器的床层和催化剂封的流场特性。研究结果证明在无控制压降条件下,能保证п型径向反应器流体沿床层轴向均匀。 (2)在直径3 m、高5 m的大型三床层п型径向反应器冷模装置上,测定了流体在流道和各分床层内的静压分布,考察了各分床层的流场行为和特征。结果表明,在离心和向心流动两种类型反应装置中,分流流道和集流流道的静压差沿床层轴向的差别显著影响了流体沿床层轴向的均匀分布;而床层流体径向速度沿床层半径方向的均匀性显著受到床层静压沿半径方向变化的影响。并且在各个分床层中,在靠近流道静压变化缓和的一侧径向流速均匀性为好,但在靠近流道静压沿轴向变化梯度大的一侧,其径向流速均匀性变差。 (3)考察了催化剂封高度、流型和限流区对流体在催化剂封中的停留时间分布和轴向流速分布的影响。在催化剂封高度较小时,从催化剂封顶部通过的流量较大,其轴向流速沿半径方向分布呈不均匀态势,在床层内侧的流速可达到外侧的二倍以上,并且其停留时间远低于床层主体的停留时间;催化剂封高度较大时,从催化剂封顶部通过的流量较小,床层顶部的轴向流速沿半径分布较均匀,但最长停留时间高达床层主体的六倍多。离心式上出型催化剂封的顶部流出流量在催化剂封高度较小时要比向心式上进型小,而催化剂封高较高时两者基本一致。限流区的设置可对催化剂封内的停留时间给予微调,当限流比为25%时,可将催化剂封内最短停留时间提高30%。 (4)建立了大型无控制п型径向反应器的床层以及催化剂封的流体力学数学模型;大型径向反应器冷模实验获得的动量交换系数(kd=0.72,kc=1.15)可用于主流道的变质量流动规律的定量描述。上述模型及参数可用于径向流反应器放大。 (5)提出了超薄型、无控制压降的50万吨/年乙苯负压脱氢n型轴径向反应器设计方案,采用无控制压降的п型径向流技术,反应器结构简单,床层流体分布均匀,适用于新的乙苯负压脱氢反应工艺。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ052

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