[發明專利]一種氣液硫化反應器優化方法、系統及可讀存儲介質

有效

• 申請號: 202011261661.1
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112347713B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 曾偉志;郭文香;李博;李墾;晏陽;胡輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種氣液硫化反應器優化方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1：構建氣液硫化反應器流體計算域的幾何模型，其中，以H₂S(g)作為硫化沉淀劑；

S2：確定所述幾何模型的反應控制方程，所述反應控制方程用于模擬反應器中的氣液硫化過程；

S3：設置所述幾何模型的運行參數，并對所述幾何模型進行網格劃分，所述運行參數為對應的邊界條件以及參數初始值；

S4：基于網格劃分后的所述幾何模型進行仿真模擬計算得到氣液硫化反應器內部的反應參數，并基于所述反應參數得到氣液傳質效率以及氣液硫化反應效率狀態；

其中，至少將氣液傳質效率以及氣液硫化反應效率狀態作為優化依據；

S5：基于所述優化依據調整反應器結構參數和/或運行參數，再按照步驟S4的方式進行模擬，并判斷是否達到預設的設計要求，若未達到，繼續調整反應器結構參數和/或運行參數，直至達到預設的設計要求；

步驟S2中所述幾何模型中引入氣液傳質過程，設置的所述反應控制方程如下：

氣液硫化反應器內的物質通量矢量N_i的方程：

式中，D_i為物質的擴散系數，c_i為物質的濃度，是某物質濃度c_i對三個方向的一階偏微分的總和，u為物質流體速度矢量；

物質平衡控制方程為：

式中，為拉普拉斯算子，R_i表示物質反應速率；

銅離子和硫化氫的反應速率為：

式中，分別為銅離子和硫化氫的反應速率，為任意時間點t時銅離子的濃度，為水中H₂S的濃度，為H₂S的氣液傳質系數，A_b為氣液接觸面積，V為液相體積，t為時間；

所述幾何模型中將兩相的動量和連續性方程結合起來用于計算氣液相的質量分數、壓力分布，其中，兩相流的動量方程為：

式中，ρ_l是液相流體密度，u_l、u_l是液相流體速度矢量、標量，φ_l是液相的相體積分數，p表示壓力，I表示單位張量，F是作用在流體上的平均體積力，g是重力矢量，μ_l為液相動態粘度系數，μ_T為湍流粘度，上標T表示矩陣轉置，方程中下標“l”和“g”分別表示與液相和氣相有關的量；

兩相流的連續性方程如下所示：

式中，ρ_g是氣相流體密度，φ_g是氣相的相體積分數，u_g是氣相流體速度矢量，u_g滿足：

其中，u_slip是氣液兩相之間的相對速度；

氣相傳質方程如下：

式中，m_gl為氣液兩相間的傳質速率，根據雙膜理論可表示為：

式中，a為單位體積氣液接觸面積，即A_b/V；為H₂S的摩爾分子量；c_H2S為溶解的H₂S的濃度；為根據亨利定律計算所得H₂S溶解平衡濃度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述幾何模型中使用k-ε模型來描述湍流效應，湍流粘度μ_T可表示為：

其中，ρ為流體密度，k為湍流動能，ε為湍流能量耗散率，k和ε滿足：

式中，衍生項P_k滿足：

其中，C_μ、σ_k、σ_ε、C_ε1、C_ε2、和C_ε均為模型參數，S_k為由表示由氣泡引起的流體湍動，由下式表示：

式中，C_k為模型常數。