[发明专利]MIHA纯气动操作条件下传质调控模型建模方法

说明书

本发明涉及MIHA纯气动操作条件下传质调控模型建模方法，通过分析纯气动条件下气泡生成过程，建立气泡破碎器内的能量转化模型；基于气泡破碎器内的能量转化模型和液体循环，计算液体流量，获取气液强烈混合区能量耗散率、气泡尺度，最终获取传质计算模型。本发明的方法针对MIHA建立了纯气动操作条件下传质调控模型，综合反映了反应器结构、体系物性以及操作参数、以及输入能量对传质的影响，可实现对反应器设计及MIHA的反应体系设计的指导，指导设计高效的反应器结构和反应体系。

技术领域

本发明属于反应器、建模技术领域，具体涉及MIHA纯气动操作条件下传质调控模型建模方法。

背景技术

出于对全球环境保护的考虑，船用燃料油须降低硫含量，如公海船用燃料油含硫量须降至0.5％，因此，用低硫馏分燃料油替代高硫残渣燃料油势在必行。原油中大部分硫存在于渣油中，渣油中的硫主要分布在芳烃、胶质和沥青质中，其中绝大部分硫以五元环的噻吩和噻吩衍生物的形式存在。一般是采用通过氢解反应将渣油大分子的C-S键断开，使硫转化为硫化氢以脱除渣油中的硫。存在于非沥青质中的硫，在加氢条件下较容易脱除，可达到较高的转化深度。但由于沥青质是渣油中相对分子质量最大、结构最复杂、极性最强的大分子，其中的硫很难脱除，导致渣油加氢脱硫过程中的脱硫率有限。

在渣油加氢脱硫反应(下称MIHA)过程中，含硫沥青质的转化至关重要。沥青质的核心部分是高度缩合的稠合芳香环系。其稠合芳香环系周围带有数量和大小不等的烷基、环烷基结构，是渣油中缩合度最大的组分，同时含有S、N、O、金属等杂原子，形态和分子结构复杂。在渣油加氢转化过程中，沥青质主要发生由大分子变成小分子的裂解和小分子脱氢聚合生成大分子的缩合两类方向相反的反应。本发明以沥青质加氢脱硫反应作为渣油加氢过程的模型反应，考察反应器结构、体系物性以及操作参数、以及输入能量对气泡破碎器内传质的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供MIHA纯气动操作条件下传质调控模型建模方法，以研究反应器结构、体系物性以及操作参数、以及输入能量对传质的影响，从而实现对MIHA反应器设计及MIHA的反应体系设计的指导。

MIHA微气泡形成可采用三种方式，即：纯液动、纯气动以及气液联动。纯液动和纯气动操作条件下，体系运行以及微气泡形成所需能量完全由液体机械能或气体静压能提供；气液联动操作条件下，气体静压能和液体机MIHA微气泡形成可采用三种方式，即：纯液动、纯气动以及气液联动。纯液动和纯气动操作条件下，体系运行以及微气泡形成所需能量完全由液体机械械能同时提供体系运行及微气泡形成所需能量。本发明探讨了纯气动操作条件下传质调控模型建模方法，本发明的方法包括如下步骤：

S100建立MIHA纯气动操作条件下微气泡上升速度模型；

假设气泡和反应器内液体均竖直向上运动，反应器内的气泡平均上升速度v₃₂基于下式计算：

其中v₀、v_G和v_L分别为气泡sauter平均直径为d₃₂的气泡在无限大静止液体中的上升速度、表观气速和表观液速；

对于v₀，基于下式计算：

其中，ρ_L和σ_L分别为液体密度和界面张力，Mo为Morton数，d_e为当量直径，K_b为方程参数；对于MIHA体系，取c＝1.4，n＝0.8；

d_e＝d₃₂(ρ_Lg/σ_L)^1/2 (4)