[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

本發明公開了一種氣液硫化反應器優化方法、系統及可讀存儲介質，以H₂S(g)作為硫化沉淀劑，該方法包括：構建氣液硫化反應器流體計算域的幾何模型；確定幾何模型的反應控制方程；設置幾何模型的邊界條件以及參數初始值，并對幾何模型進行網格劃分；基于網格劃分后的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，并基于反應參數得到氣液傳質效率以及氣液硫化反應效率；至少將氣液傳質效率以及氣液硫化反應效率作為優化依據；基于優化依據調整反應器結構參數和/或運行參數，再按照前述方式進行模擬，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。

技術領域

本發明屬于重金屬廢水處理技術領域，具體涉及一種氣液硫化反應器優化方法、系統及可讀存儲介質。

背景技術

化學沉淀法由于其工藝相對簡單、操作成本低和處理效果好等特點是目前工業上用于處理重金屬廢水最廣泛的方法。硫化沉淀法作為化學沉淀法的一種，由于其本身所具備的一系列優點(如能實現選擇性分離沉淀、金屬硫化物溶解度低、穩定性高、污泥易脫水、適用范圍廣等)，該方法在重金屬廢水的處理中愈發受到重視。

硫化沉淀法主要采用硫化鈉或硫氫化鈉作為硫化藥劑。在工業應用過程中存在反應過程不易控制，加藥口局部硫化物濃度過高(導致生成可溶性的金屬多硫絡合物與不易沉降的小顆粒)，工藝流程復雜，需要過量的硫化劑，產生硫化氫氣體造成二次污染等問題。另外，即使設計并優化液-液硫化(Na₂S)反應器結構和/或運行參數，可以得到較好的混合效果和處理效率，反應過程中仍然存在溶液過飽和度過高而產生細小顆粒的問題，因此仍然需要在此基礎上作進一步的改進。

通過調研，采用H₂S氣體作為硫化藥劑具有顯著的技術優勢，首先可以通過對氣相的控制(硫化物氣相體積分數、氣相壓力、流速等)來實現對反應過程的控制，并有實現選擇性分離沉淀的可操作性；其次，利用氣液傳質過程控制硫化藥劑進入廢水中的量，可以避免局部硫離子濃度過高所導致的降低硫化沉淀效率的問題。

在使用H₂S(g)作為硫化藥劑處理重金屬廢水時，關鍵在于對硫化反應器進行合理的運行參數的優化，以期得到對反應過程的控制。目前，尚未有系統的設計資料可為氣液硫化反應器的設計提供參考，只能從傳統化工反應器設計中進行借鑒。而傳統的反應器結構與運行參數優化往往采用實驗的方法，即首先根據設計計算制作小型實驗設備，然后進行小規模的實驗驗證，然后根據實驗結果及現象修改反應器結構與運行參數，進行放大實驗，最后重復上述過程直至尋找到最優結構。該方法需要極大的時間與金錢成本，效率較低，并且優化過程往往基于經驗，不能滿足對反應器設計優化的理論分析要求。

發明內容

本申請旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明的目的之一在于提供一種氣液硫化反應器優化方法、系統及可讀存儲介質。該方法在此前的液-液硫化反應器的基礎上進行進一步的設計與改進，將硫化沉淀劑改為H₂S(g)，通過引入氣液傳質過程，實現對反應器中過飽和度分布以及反應過程的控制，高效的調整出最佳的反應器，為后續將氣液硫化技術更高效地應用于實際重金屬廢水的處理中來提供便利，并且該方法能夠有效提高新型氣液硫化反應器的研制效率，大大減少研發投入。

本發明提供一種氣液硫化反應器優化方法，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；