收藏本站
收藏 | 论文排版

旋风滑弧非热等离子体反应器设计技术研究

许国锋  
【摘要】:利用甲烷的部分氧化工艺,所制备的合成气(摩尔配比为CO+2H2的混合气)是一种用以制备甲醇(按费托反应)的重要化工原料。经济而高效地获得合成气一直是化工领域的研究热点。采用非热等离子体技术制备合成气的方法是一种有意义的重要尝试。然而,针对滑弧非热等离子体反应器的模型实验与放大设计的方法研究,应该是该领域中的重要一环。 对于化学工业过程来说,将实验室的研究成果有效转化为工业规模的生产过程,就是要掌握放大规律和利用好化工放大的技术与方法。化工放大的技术和方法的发展先后有过三个路径: (1)逐级经验放大法。其实验工作量大,既缺少科学性且成本高; (2)数学模拟放大法。适合于对过程认识相当透彻,对参数测定相当可靠的场合; (3)以“实验方法论”为基础的放大法。它是结合了前两种方法的优点,充分利用量纲分析理论,并根据科学的方法论组织模型实验研究,放大技术研究的科学方法。 本文研究过程中,所采用的理论分析研究、模型实验研究和数值模拟实验研究紧密结合、互为支撑与补充的技术路线。本文的主要工作内容和成果如下: 针对旋风滑弧非热等离子体反应器设计而言,其化工工艺参数(含放电特性参数)的设计、选定与是否合理匹配,均可对合成气的制备效率产生重要影响。为此,本文以甲烷部分氧化制备合成气的工艺路线为依托,通过旋风滑弧非热等离子体反应器的系列小试模型实验研究,对各类参数的测定、比较分析、研究和修改设计入手,并最终将此类反应器的化工过程的物理模型可以描述为:它是一个均相变容且进行着单一化学反应过程的、高速旋转电弧的、圆筒形反应器。 本文拟采用连续介质假设,将非热等离子体中众多粒子运动的热力学统计平均值作为参与化学反应的介质微元(宏观无限小)的物性特征(如温度、压强、黏度与密度等)。同时研究重要的单值条件(氧/碳比、电极间距、与反应器进出口直径相关的气体流速和反应停留时间、放电功率、气体与滑动电弧的运动及接触模式等)之间的相互匹配关系;对反应器的性能指标(转化率、能量效率、氢气和一氧化碳产率等)的影响。 本文采用了方程分析和量纲分析相结合的方法,导出了相似准则及其定量关系式。同时,依据相似模化理论,结合模型实验研究和数值实验研究,对旋风滑弧非热等离子体反应器的模型实验研究结果做出互为验证、并为中试放大设计结果做出了较为可靠的预测。 采用实验研究和理论分析相结合的研究方法,确定旋风滑弧非热等离子体反应器的放大设计所需的数学模型。以此为中心,构建完成模型实验研究工作平台,实验研究旋风滑弧非热等离子体反应器的主要单值条件对反应器性能指标的影响。采用相似模化法研究影响旋风滑弧非热等离子体反应器性能的单值条件与反应器性能之间的关系,获得三个无量纲数群:达姆科勒Ⅰ数、达姆科勒数和滑弧体积与反应器体积比。结合实验研究结果,获得性能参数与无量纲数之间的数学关系式,建立可适用于工程放大设计的数学模型。 结合“热丝”模型假设,对甲烷在旋风滑弧非热等离子体反应器中的部分氧化反应过程进行数值实验研究。比较数值实验结果与模型实验结果,误差小于15%。初步说明数值实验方法,既能为相似模化数学模型的正确性提供有力的佐证,对旋风滑弧非热等离子体反应器的放大设计的性能指标及其流体动力学机制,给出恰当的预测。 论文所提供的有关旋风滑弧非热等离子体反应器的主要设计技术及其设计流程,尽管还有待进一步完善,但仍可以较好地规范、并给出此类反应器设计,所涉及到的主要相关化工工艺参数,以满足工程放大设计的基本要求。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李华;唐晓龙;易红宏;于丽丽;;NO在等离子体中氧化分解特性研究[J];热力发电;2010年05期
2 冀春俊,孙晋,张英姿;等离子体煤气化反应器内部流动数值模拟及设计优化的初步研究[J];煤化工;2002年03期
3 任家荣,刘霁欣,李瑞年,赵璧英,谢有畅;气体放电对SO_2和SO_3~(2-)氧化的影响[J];物理化学学报;2004年09期
4 祁国恕;王承智;石荣;衡振江;武洁5;;气态污染物的非平衡等离子体处理技术[J];辽宁城乡环境科技;2006年03期
5 张丽丽;陶涛;罗凡;孔密龙;;高压脉冲放电等离子体破乳作用试验研究[J];工业用水与废水;2006年05期
6 魏长宽;李靖;朱天乐;李凤岐;;能量注入对放电等离子体去除气相苯系物的影响[J];环境工程学报;2008年02期
7 唐萍;朱天乐;李焕;罗宏晶;李靖;;气相组分对非热等离子体氧化气相元素汞的影响[J];环境科学;2008年06期
8 任树强;李永红;;低温等离子体催化甲烷转化的最新研究进展[J];石油与天然气化工;2006年05期
9 丁德玲;胡平;孙春宝;;脉冲电晕法去除二甲苯废气的研究[J];中国环保产业;2007年03期
10 郭明星;尹淑慧;;空气等离子体条件下丙烯氧化反应[J];大连海事大学学报;2007年02期
11 魏长宽;朱天乐;樊星;李凤岐;;非热等离子体与催化相结合去除气相低浓度苯系物[J];环境科学学报;2008年04期
12 陈明功;颜凌燕;汪晓艳;刘涛;张洪流;高岛和则;水野彰;;等离子体协同改性凹凸棒石催化脱除NO_x的研究[J];中国环境科学;2009年04期
13 姚文龙;张凡;王洪昌;;介质阻挡放电等离子体分解CO_2[J];环境科学研究;2010年09期
14 童永湘,魏海荣,闵志军,郑欢;脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫技术研究[J];工业安全与环保;1998年07期
15 刘新;王树东;;非热等离子体烟气脱硝中的二氧化硫、氨和温度的效应[J];化工学报;2006年10期
16 吴彦;脉冲静电应用技术的研究现状[J];中原工学院学报;2003年S1期
17 赵雷;周中平;;低温等离子体技术净化空气中的甲苯[J];环境科学研究;2006年04期
18 冉祎;兰天石;覃攀;戴晓雁;印永祥;;等离子体还原SiCl_4一步法制备多晶硅实验研究[J];人工晶体学报;2007年04期
19 朱伟;刘建新;;石油化工中有机废气处理研究进展[J];化工时刊;2008年03期
20 陆从相;;等离子体脱硫反应装置的设计[J];机械工程师;2008年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴彦;;脉冲静电应用技术的研究现状[A];中国物理学会第十一届静电、电磁防护与电磁兼容学术年会论文集[C];2003年
2 王心亮;贾臻;肖国林;;等离子体降解磷酸三丁酯动力学分析[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第5册)[C];2009年
3 吴彦;;脉冲静电技术在有害气体污染物控制中的应用研究[A];中国物理学会第九届静电学术年会论文集[C];2000年
4 商克峰;李杰;吴彦;;非热等离子体脱硫脱氮技术的应用研究进展[A];中国物理学会第十一届静电、电磁防护与电磁兼容学术年会论文集[C];2003年
5 Akira Mizuno;水野彰;;非热等离子体在工业气体净化领域的应用——非热等离子体与催化或吸附性液体的复合作用[A];第十届全国电除尘、第二届脱硫学术会议论文集[C];2003年
6 J.S.Chang;K.Urashima;M.Ara;童永湘;刘卫平;王文明;胡汉芳;;电晕放电自由基喷淋方式烟气脱硫脱硝工业试验及研究[A];第十届全国电除尘、第二届脱硫学术会议论文集[C];2003年
7 刘钟阳;吴彦;王宁会;;DBD等离子体反应器放电功率测量的研究[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
8 李国锋;吴彦;王宁会;张彦彬;;脉冲放电等离子体烟气脱硫反应器研究[A];中国物理学会第九届静电学术年会论文集[C];2000年
9 冀春俊;陈曦;张英姿;;入口角对等离子体煤气化反应率的影响研究[A];中国动力工程学会第三届青年学术年会论文集[C];2005年
10 李树然;王飞飞;潘若云;闫克平;;湿式流光等离子体氧化亚硫酸铵的实验研究[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许国锋;旋风滑弧非热等离子体反应器设计技术研究[D];大连理工大学;2013年
2 李国锋;脉冲电晕非热等离子体烟气脱硫反应器的研究[D];大连理工大学;2000年
3 刘亚纳;滑动弧放电等离子体—生化法降解有机废水的研究[D];浙江大学;2008年
4 郑殊;电弧等离子体流场及螺旋不稳定性数值研究[D];大连理工大学;2007年
5 赵剑利;多管并联等离子体反应器氢氧合成过氧化氢及其用于丙烯催化环氧化反应的研究[D];大连理工大学;2009年
6 王达望;新型大气压放电等离子体发生器及其在甲烷偶联方面的应用研究[D];大连理工大学;2006年
7 杜长明;滑动弧放电等离子体降解气相及液相中有机污染物的研究[D];浙江大学;2006年
8 余量;滑动弧放电等离子体降解芳香烃类有机污染物的基础研究[D];浙江大学;2011年
9 陈杰;吸附催化协同低温等离子体降解有机废气[D];浙江大学;2011年
10 张祥龙;高压脉冲水中放电特性及亚甲基蓝模拟废液降解研究[D];北京交通大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘新;非热等离子体气体脱硝的主要反应和动力学机制[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2007年
2 王平;等离子体刻蚀轮廓的数值研究[D];西安电子科技大学;2002年
3 吕静;常压非热平衡等离子体用于甲烷转化的研究[D];天津大学;2006年
4 贾建平;介质阻挡放电等离子体灭菌消毒实验研究[D];华中科技大学;2007年
5 胡琼;高重复频率纳秒级陡脉冲电源的研制[D];华中科技大学;2006年
6 齐锐;非平衡等离子体制备纳米磁性液体实验研究[D];大连理工大学;2009年
7 王新辉;介质阻挡放电等离子体去除柴油机中氮氧化物的研究[D];天津大学;2010年
8 程奎;龙旋风滑动弧放电等离子体降解垃圾焚烧飞灰中二恶英的研究[D];浙江大学;2012年
9 王勇;磁电等离子体技术用于汽车节能减排的实验研究[D];重庆大学;2010年
10 罗国根;低温等离子体技术处理含吡啶废气研究与应用[D];浙江大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978