【摘 要】
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催化干气制乙苯工艺中的烷基化固定床反应器在全气相操作下,反应性能将直接取决于冷料干气与热料苯蒸汽的混合效率。然而由于对气相旋流混合过程研究的不重视,在实际应用中要么采用结构简单的混合器而不能保证良好的混合效果,要么采用复杂的气液多相混合设备而导致不必要的成本花费。因此,在深入研究气相旋流混合机理的基础上设计开发专用的气相混合设备,是一个十分有必要的课题。本文采用基于大涡模拟（LES）的计算流体力学
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催化干气制乙苯工艺中的烷基化固定床反应器在全气相操作下,反应性能将直接取决于冷料干气与热料苯蒸汽的混合效率。然而由于对气相旋流混合过程研究的不重视,在实际应用中要么采用结构简单的混合器而不能保证良好的混合效果,要么采用复杂的气液多相混合设备而导致不必要的成本花费。因此,在深入研究气相旋流混合机理的基础上设计开发专用的气相混合设备,是一个十分有必要的课题。本文采用基于大涡模拟（LES）的计算流体力学方法（CFD）首先对气相混合机理进行了研究,发现扩张旋流是实现两个气相物流快速混合的有效方式。扩张旋流可以通过几对在圆周方向上均匀布置但喷射方向偏离轴心（偏心距离D1）的喷射流形成,其促进混合的方式主要是旋流产生的高速度梯度提高了混合强度,以及扩张行为产生的中心回流区改善了停留时间分布。扩径旋流的强度及行为与偏心距离D1有着至关重要的关系。研究结果表明,D1=0.10R时扩张旋流的混合性能达到最佳。而在总喷射流量不变的前提下,喷嘴数量N对混合性能的影响不大。在机理研究的基础上本文设计了偏心喷嘴式旋流进料混合设备。通过CFD模拟,与目前常见的进料设备的性能进行了对比,其结果表明本论文设计的新型设备拥有相对最好的混合性能,占据最小的反应器空间,以及拥有较好的速度分配性能。其后,本文对新型设备的喷射角度β、喷射数量N、喷射面积L、冷料进料比（Fc’/Fc）和处理量（Fc+Fh）进行了详细的优选和评估。在直径2.6 m反应器中的研究结果表明,优选的结构参数和操作条件依次为:D1=0.10R、β=0～45°、N=9～18、L>0.6251×10-4m2、（Fc’/Fc）=0.6～1.5、（Fc+Fh）=0.4～1.6 kg·m-2·s-1。
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