[發(fā)明專利]MIHA純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910109144.3
• 申請(qǐng)日: 2019-02-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109887551B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志炳;周政;田洪舟;劉穎;李磊;張鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G16C20/10
• 分類號(hào): G16C20/10
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務(wù)所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發(fā)明涉及MIHA純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型建模方法，通過(guò)分析純氣動(dòng)條件下氣泡生成過(guò)程，建立氣泡破碎器內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化模型；基于氣泡破碎器內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化模型和液體循環(huán)，計(jì)算液體流量，獲取氣液強(qiáng)烈混合區(qū)能量耗散率、氣泡尺度，最終獲取傳質(zhì)計(jì)算模型。本發(fā)明的方法針對(duì)MIHA建立了純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型，綜合反映了反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、體系物性以及操作參數(shù)、以及輸入能量對(duì)傳質(zhì)的影響，可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)器設(shè)計(jì)及MIHA的反應(yīng)體系設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)高效的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和反應(yīng)體系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于反應(yīng)器、建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及MIHA純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型建模方法。

背景技術(shù)

出于對(duì)全球環(huán)境保護(hù)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?jiān)剂嫌蛣?shì)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(zhì)和瀝青質(zhì)中，其中絕大部分硫以五元環(huán)的噻吩和噻吩衍生物的形式存在。一般是采用通過(guò)氫解反應(yīng)將渣油大分子的C-S鍵斷開(kāi)，使硫轉(zhuǎn)化為硫化氫以脫除渣油中的硫。存在于非瀝青質(zhì)中的硫，在加氫條件下較容易脫除，可達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化深度。但由于瀝青質(zhì)是渣油中相對(duì)分子質(zhì)量最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、極性最強(qiáng)的大分子，其中的硫很難脫除，導(dǎo)致渣油加氫脫硫過(guò)程中的脫硫率有限。

在渣油加氫脫硫反應(yīng)(下稱MIHA)過(guò)程中，含硫?yàn)r青質(zhì)的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。瀝青質(zhì)的核心部分是高度縮合的稠合芳香環(huán)系。其稠合芳香環(huán)系周圍帶有數(shù)量和大小不等的烷基、環(huán)烷基結(jié)構(gòu)，是渣油中縮合度最大的組分，同時(shí)含有S、N、O、金屬等雜原子，形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在渣油加氫轉(zhuǎn)化過(guò)程中，瀝青質(zhì)主要發(fā)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(yīng)。本發(fā)明以瀝青質(zhì)加氫脫硫反應(yīng)作為渣油加氫過(guò)程的模型反應(yīng)，考察反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、體系物性以及操作參數(shù)、以及輸入能量對(duì)氣泡破碎器內(nèi)傳質(zhì)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供MIHA純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型建模方法，以研究反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、體系物性以及操作參數(shù)、以及輸入能量對(duì)傳質(zhì)的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MIHA反應(yīng)器設(shè)計(jì)及MIHA的反應(yīng)體系設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。

MIHA微氣泡形成可采用三種方式，即：純液動(dòng)、純氣動(dòng)以及氣液聯(lián)動(dòng)。純液動(dòng)和純氣動(dòng)操作條件下，體系運(yùn)行以及微氣泡形成所需能量完全由液體機(jī)械能或氣體靜壓能提供；氣液聯(lián)動(dòng)操作條件下，氣體靜壓能和液體機(jī)MIHA微氣泡形成可采用三種方式，即：純液動(dòng)、純氣動(dòng)以及氣液聯(lián)動(dòng)。純液動(dòng)和純氣動(dòng)操作條件下，體系運(yùn)行以及微氣泡形成所需能量完全由液體機(jī)械械能同時(shí)提供體系運(yùn)行及微氣泡形成所需能量。本發(fā)明探討了純氣動(dòng)操作條件下傳質(zhì)調(diào)控模型建模方法，本發(fā)明的方法包括如下步驟：

S100建立MIHA純氣動(dòng)操作條件下微氣泡上升速度模型；

假設(shè)氣泡和反應(yīng)器內(nèi)液體均豎直向上運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)器內(nèi)的氣泡平均上升速度v₃₂基于下式計(jì)算：

其中v₀、v_G和v_L分別為氣泡sauter平均直徑為d₃₂的氣泡在無(wú)限大靜止液體中的上升速度、表觀氣速和表觀液速；

對(duì)于v₀，基于下式計(jì)算：

其中，ρ_L和σ_L分別為液體密度和界面張力，Mo為Morton數(shù)，d_e為當(dāng)量直徑，K_b為方程參數(shù)；對(duì)于MIHA體系，取c＝1.4，n＝0.8；

d_e＝d₃₂(ρ_Lg/σ_L)^1/2 (4)