蒽醌法雙氧水在結(jié)構(gòu)化反應器中傳遞和反應性能研究.pdf

1、獨特的結(jié)構(gòu)和形式使結(jié)構(gòu)化反應器具有多種優(yōu)于傳統(tǒng)反應器的特點:比表面積大、壓降和能耗低、可操作范圍廣、傳質(zhì)性能好及催化劑利用效率高等。結(jié)構(gòu)化反應器通道尺寸較小，表現(xiàn)出來的傳遞和反應性能與傳統(tǒng)反應器有很大的差別。過氧化氫是一種重要的綠色化學試劑，廣泛應用于醫(yī)學、軍事和工業(yè)領域，蒽醌法是目前國內(nèi)外最重要也是應用最廣泛的生產(chǎn)過氧化氫的方法。本研究采用計算流體力學的方法對微通道尺度下結(jié)構(gòu)化催化劑與反應器內(nèi)蒽醌-氫氣體系的流體力學、傳質(zhì)及反應性能進

2、行了模擬研究。
　　首先采用商業(yè)CFD軟件VOF模型模擬研究了直徑為2mm的T型微通道內(nèi)蒽醌工作液-氫氣體系氣液兩相垂直向上流動的流體力學性能。研究了不同表觀氣液進口速率下反應器微通道內(nèi)氣液兩相流型變化情況及流型分布圖。重點對泰勒流下微通道內(nèi)的速度壓力分布情況進行了考察，并且研究了表觀氣液速率對泰勒氣泡長度及液栓長度的影響。
　　其次對單個泰勒單元內(nèi)蒽醌工作液-氫氣體系的冷模傳質(zhì)性能進行了模擬研究，得到了泰勒單元內(nèi)速度場和濃

3、度場分布。考察了泰勒流下各個因素對冷模狀態(tài)時液相體積傳質(zhì)系數(shù)的影響，即傳質(zhì)系數(shù)隨著氣泡上升速度和液膜長度的增大而增大，隨著泰勒單元長度和液膜厚度的增大而減小，并且在相同條件下，管徑越小，對氣液傳質(zhì)越有利。
　　最后模擬研究了單個泰勒單元內(nèi)蒽醌加氫過程的傳質(zhì)與反應性能。蒽醌加氫反應的進行能夠進一步強化氣液傳質(zhì)過程，此時液相體積傳質(zhì)系數(shù)為冷模模型的1-3倍。反應主要發(fā)生在泰勒氣泡周圍的催化劑壁面處，泰勒氣泡上方反應產(chǎn)物的濃度大于氣泡下