项目名称: 高压鼓泡床流动和传质行为的模型化及数值模拟

项目编号: No.21476122

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 有机化学

项目作者: 王铁峰

作者单位: 清华大学

项目金额: 90万元

中文摘要: 鼓泡床反应器具有结构简单、无机械传动部件、传质和传热效率高等优点,在石油化工、能源化工、生物化工、环境工程等领域得到了广泛应用。工业鼓泡床反应器通常操作在高温、高压、高气速条件下以提高反应器效率,其多相流体力学行为和气液传质行为与常压体系有显著不同。本课题拟针对高压鼓泡床反应器的流体力学和传质行为研究,结合本课题组在鼓泡床领域的工作基础,发展高压鼓泡床的机理模型和模拟方法。具体研究内容包括:研究压力对气泡破碎行为的影响规律,揭示气泡破碎机理,建立正确反映压力影响的气泡破碎模型;建立考虑压力影响机理的群体平衡模型(PBM),基于气泡破碎和聚并计算高压鼓泡床内的气泡大小分布;进一步建立CFD-PBM耦合模型,对高压鼓泡床流动和传质行为进行模拟,指导反应器设计和放大。本项目针对高压鼓泡床模型化开展工作,有利于发展基于CFD模拟进行反应器设计和放大的方法,具有重要的学术意义和工业应用价值。

中文关键词: 高压鼓泡床;气泡破碎;计算流体力学;流动和传质;群体平衡模型

英文摘要: Bubble column reactors have the advantages of simple structure, without moving parts, and good heat and mass transfer performance, therefore they have been used in many processes, such as petrochemical, energy engineering, biochemical and environmental processes. Industrial bubble columns are usually operated at high temperature, high pressure and high superficial gas velocity to give a high production, thus have very different hydrodynamic and mass transfer behaviors from those at ambient pressure and temperature. This project aims to develop the modeling and simulation methods for the bubble column at elavated pressure to study the hydrodynamic and gas-liquid mass transfer behaviors based on our previous works. The research will be carried out as follows: Study on the influence of pressure on bubble breakup, and propose a mechanism model for bubble breakup to predict the effect of pressure; Set up a population balance model with the new bubble breakup model to predict the bubble size distribution at elavated pressure; Simulate the hydrodynamics and mass transfer behaviors of the bubble column at elavated pressure with the CFD-PBM coupled model. This work will make valuable contributions to further develop the method of reactor design and scale-up based on CFD simulations, which is important to both fundamental research and industrial applications.

英文关键词: Bubble column at elavated pressure;Bubble breakup;Computational fluid dynamics;Hydrodynamics and mass transfer;Population balance model

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