带轴向流动的泰勒涡反应器数值模拟研究

以带轴向流动的泰勒反应器为研究主体,考察在不同轴向雷诺数和泰勒数下,泰勒涡反应器内化学物质的流动特性和传热传质特性。结果表明,泰勒数的增加使得圆筒间隙内流体的流态发生了规律的变化,泰勒涡的产生在一定程度上增强了反应器的传热特性,其变化规律可有助于泰勒反应器在化学工业上的发展。     

泰勒涡反应器流场形态的数值模拟

以泰勒涡反应器的简化模型为研究主体,研究在不同泰勒数下环隙间流体的流动特性。通过改变反应器内筒转速的大小,借助Fluent和Tecplot等数值计算软件来系统研究环隙间流体的流场形态变化,阐述了环隙间泰勒涡胞经历了从生成、加强稳定、波动到最后破裂发展为湍流的过程,并对层流状态下的第一临界泰勒数和第二临界泰勒数展开了讨论。     

理想反应器的时空特性和内在联系

以理想反应器时间和空间特性为出发点,探讨了间歇操作釜式反应器(BR)、平推流反应器(PFR)和全混流反应器(CSTR)等理想反应器之间的内在联系,推导了循环操作PFR反应器的停留时间分布函数,分析了多段串联全混流反应器和循环操作PFR反应器在各理想反应器之间的桥梁和纽带作用。在此基础上,简要归纳了各理想反应器之间的联系。     

INVERSE RESPONSE BEHAVIOR OF FIXED-BED REACTOR IN A FISCHER-TROPSCH SYNTHESIS

研究了固定床ＦＴ合成反应器中的动态响应行为。主要研究了当反应器进口气体温度突降后床层中出现的逆响应现象，并探讨了水煤气变换副反应对固定床ＦＴ合成反应器逆响应行为的影响。     

气固反应与多组分气体对流反应扩散问题的研究

研究填充床中的气固反应aA(g) bB(s)=cC(g) dD(s).在等径圆球密堆积条件下,由颗粒综合反应速率得到微元体综合反应速率;考虑到气体的可压缩性和惰性组分的存在,导出了反应气体与产物气体的非线性对流反应扩散方程和渗流方程2用有效容积法求出了数值解,并进行了实例计算;结果表明,颗粒尺度和反应器长度对反应进程有明显影响,这些影响可以用Peclet数、Thiele数和它们的比值进行衡量.适当选取颗粒尺度和反应器长度可以改善反应器性能.     

微反应器的结构优化设计与仿真

设计了两步微反应器,对影响反应的几何参数进行了优化。对于微反应器的混合单元,设计了内肋型障碍物结构,用于产生混沌对流,促进样品混合。利用基于有限元原理的数值模拟软件分别对混合单元的障碍物与微通道的高宽比、障碍物宽度与间距的比值和障碍物的宽度进行设计与优化。采用蜿蜒通道作为微反应器的反应单元,研究了反应单元长度、反应时间与初始浓度对反应的影响。以葡萄糖氧化反应为例,设计了一个两步微反应器。     

泰勒展开式在物理化学中的应用

物理化学是整个化学学科和化学工艺学的基础理论课程之一,其主要内容包含两大部分,一是基本理论,二是科学方法。泰勒展开式是常用的数学公式之一,在处理复杂问题时非常有用。本文介绍了泰勒展开式在推导克拉佩龙方程、凝固点降低公式及开尔文公式中的应用,总结了使用泰勒展开式获得热力学函数之间关系式的基本思路,为泰勒展开式在物理化学中的应用提供一定参考。     

铜镁铝三元水滑石的姜-泰勒效应

采用密度泛函理论(DFT),用CASTEP程序模块,对类水滑石(CuxMg3-xAl-LDHs,x=0-3)周期性模型进行几何全优化,通过分析各体系的结构参数、电子排布、氢键、Mulliken电荷布居、结合能,总结出体系中的姜-泰勒效应和结构稳定性规律.结果表明,姜-泰勒效应不仅存在于d轨道未排满的Cu2+中,在p轨道未排满的Mg2+中也可能存在,且未饱和的d、p轨道共同影响着金属离子姜-泰勒畸变的大小.在CuxMg3-xAl-LDHs(x=0-3)中,铝八面体和镁八面体分别以稳定的拉长的八面体形式存在.而随着Cu2+的增加,铜八面体逐渐从压扁的八面体向稳定的拉长的八面体形式转变,体系获得了逐渐增多的姜-泰勒稳定化能.总体上,随着Cu2+的增加,体系中姜-泰勒效应导致的畸变使主客体间的氢键和静电作用力均有减弱趋势,且体系的结合能绝对值逐渐减小,故体系稳定性下降.这有助于从理论上进一步认识含铜水滑石的姜-泰勒效应.     

高长径比管式反应器内壁SiO2与TiO2钝化层的原子层沉积制备及抗积碳性能

采用原子层沉积技术(ALD)在不锈钢微通道管式反应器内壁沉积二氧化硅(SiO₂)和二氧化钛(TiO₂)薄膜, 以抑制碳氢燃料热裂解过程中由于金属催化作用导致的结焦. 使用石英晶体微天平(QCM)测得SiO₂和TiO₂薄膜的生长速率分别为0.15 nm/周期和0.11 nm/周期, 因此可以通过改变沉积周期数精确控制钝化层的厚度. 在结焦实验中, 当钝化膜层较薄时, 其抗积碳钝化作用较弱; 随着钝化薄膜厚度的增加, 其钝化作用逐渐增强, 微通道反应器的运行寿命显著延长. 实验表明, TiO₂薄膜的抗积碳钝化性能普遍优于SiO₂薄膜. 沉积周期数为1000的TiO₂膜层具有最佳的抗积碳钝化效果, 能够使反应器的运行时间延长4~5倍.     

求取反应速度的几种数学方法

对于均相与非均相反应动力学研究一般根据不同反应类型与条件选择不同的反应器,而对不同的反应器,求取反应速度的数学方法也不同。例如,选用连续搅拌的恒容反应器、循环反应器(包括内循环和外循环反应器)或微分反应器时,这种类型的反应器可视为反应器内各