[發明專利]MIHA純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型建模方法

有效

• 申請號: 201910019416.0
• 申請日: 2019-01-09
• 公開（公告）號: CN109684769B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 張志炳;周政;陳思;田洪舟;李磊;張鋒
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明涉及MIHA純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型建模方法，通過分析純氣動條件下氣泡生成過程，建立氣泡破碎器內的能量轉化模型；基于氣泡破碎器內的能量轉化模型和液體循環，計算液體流量，獲取氣液強烈混合區能量耗散率，最終獲取氣泡尺度計算模型。本發明的方法針對MIHA建立了純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型，綜合反映了反應器結構、體系物性以及操作參數、以及輸入能量對氣泡尺度的影響，可實現對反應器設計及MIHA的反應體系設計的指導，指導設計高效的反應器結構和反應體系。

技術領域

本發明屬于反應器、建模技術領域，具體涉及MIHA純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型建模方法。

背景技術

出于對全球環境保護的考慮，船用燃料油須降低硫含量，如公海船用燃料油含硫量須降至0.5％，因此，用低硫餾分燃料油替代高硫殘渣燃料油勢在必行。原油中大部分硫存在于渣油中，渣油中的硫主要分布在芳烴、膠質和瀝青質中，其中絕大部分硫以五元環的噻吩和噻吩衍生物的形式存在。一般是采用通過氫解反應將渣油大分子的C-S鍵斷開，使硫轉化為硫化氫以脫除渣油中的硫。存在于非瀝青質中的硫，在加氫條件下較容易脫除，可達到較高的轉化深度。但由于瀝青質是渣油中相對分子質量最大、結構最復雜、極性最強的大分子，其中的硫很難脫除，導致渣油加氫脫硫過程中的脫硫率有限。

在渣油加氫脫硫反應(下稱MIHA)過程中，含硫瀝青質的轉化至關重要。瀝青質的核心部分是高度縮合的稠合芳香環系。其稠合芳香環系周圍帶有數量和大小不等的烷基、環烷基結構，是渣油中縮合度最大的組分，同時含有S、N、O、金屬等雜原子，形態和分子結構復雜。在渣油加氫轉化過程中，瀝青質主要發生由大分子變成小分子的裂解和小分子脫氫聚合生成大分子的縮合兩類方向相反的反應。本發明以瀝青質加氫脫硫反應作為渣油加氫過程的模型反應，考察反應器結構、體系物性以及操作參數、以及輸入能量對氣泡破碎器內氣泡尺度的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供MIHA純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型建模方法，以研究反應器結構、體系物性以及操作參數、以及輸入能量對氣泡尺度d₃₂的影響，從而實現對MIHA反應器設計及MIHA的反應體系設計的指導。

MIHA微氣泡形成可采用三種方式，即：純液動、純氣動以及氣液聯動。純液動和純氣動操作條件下，體系運行以及微氣泡形成所需能量完全由液體機械能或氣體靜壓能提供；氣液聯動操作條件下，氣體靜壓能和液體機械能同時提供體系運行及微氣泡形成所需能量。本發明探討了純氣動操作條件下氣泡尺度調控模型建模方法，根據前述研究，建立微氣泡Sauter平均直徑d₃₂數學模型的關鍵是MIHA內氣泡破碎器內能量耗散率ε_mix計算模型的研究，基于此，本發明的方法包括如下步驟：

S100.分析純氣動條件下氣泡生成過程，建立氣泡破碎器內的能量轉化模型；

純氣動操作條件下，液體流量Q_L氣體流量Q_G，在未通入氣體前，氣泡破碎器內充滿靜止反應液；假設體系液體為閉路循環，即整個過程中液體量不發生變化；由于氣體的進入，導致部分液體將被迫進入氣泡破碎器外循環管路；設定氣泡破碎器長度為L，直徑為D₁，橫截面積S₁＝πD₁²/4；噴嘴直徑為D_N；

作出假設如下：

(1)穩態操作，操作壓力P_m恒定；

(2)由于實際操作壓力較高，故忽略液體勢能的變化以及氣泡界面張力所引起的氣泡內氣體壓力的變化；

(3)由于氣體密度遠小于液體，故忽略輸入氣體的動能；