基于甲醇制氢的微反应器仿真分析研究

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微反应器有着高效率,高速度,简便灵活,易于装卸和运输的特点,微反应器内部进行的反应主要是液相,气相之间的反应。随着近年来微反应器的优势逐步体现,对于微反应器的研究越来越广泛,微反应器的设计与制造需根据反应介质的不同与反应条件的不同进行设计与制造。基于化工生产过程中存在的诸多问题,微反应器体现出越来越多的优势,因此有必要对其进行研究分析。本文通过对微反应器相关资料的调查研究,分析了微反应器的发展趋势,主要是基于工业上甲醇制氢的反应设计出一种新型的微反应器的结构,确定了微反应器的结构为板式反应器。板式微反应器可以通过多层反应板之间的叠加来增加处理量。首先研究设计出了微反应器的基本结构单元,选用316L不锈钢薄板(0.2mm-4mm)作为加工材料以及全氟橡胶作为密封圈进行密封。并确定了微反应器内部通过冷气体动力喷涂的方法进行催化剂的加载。本文进一步分析了微反应通道内部流体流动的基本规律,由于微反应通道内部尺寸处于微米级别,其内部的流动为层流流动,雷诺数较小,并进一步确定了微反应通道内流体流动仍旧适用宏观的纳维斯托克斯方程,为以后的分析打下理论基础。文章通过模拟得出当各项反应参数变化时微反应通道内反应的规律,主要模拟当通道尺寸及反应物料进口相应参数变化时引起的反应产物的变化及通道压降的变化,分析了变化的规律,并通过对多通道进行并列时的流场模拟分析进一步优化了微反应板的基本结构,最终确定了一种结构较合理的微反应单元,最后通过对多个微反应单元进行多单元并列模拟验证了多单元并列以便扩大生产量的可行性。
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