检索结果-内蒙古大学图书馆

过程工程学报 2021年第3期21卷 265-276页

作者：魏格林李成祥葛蔚李金兵中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190 中国科学院洁净能源创新研究院辽宁大连116023 中国石化北京北化院燕山分院北京102500

采用硬球-拟颗粒(HS-PPM)耦合方法并结合简化的集总反应模型,模拟了碳四(C4)烯烃催化裂解过程中反应物和产物在孔道内的反应-扩散耦合过程,提出了一种多级孔道结构可控设计方法,实现了对孔隙率、孔径和孔体积占比等参数的独立量化调控,... 详细信息

采用硬球-拟颗粒(HS-PPM)耦合方法并结合简化的集总反应模型,模拟了碳四(C4)烯烃催化裂解过程中反应物和产物在孔道内的反应-扩散耦合过程,提出了一种多级孔道结构可控设计方法,实现了对孔隙率、孔径和孔体积占比等参数的独立量化调控,建立了包含三种不同孔径分布的催化剂孔道模型并定义了量化参数对反应-扩散耦合进行表征。结果表明,各组分在复杂孔道内的扩散过程显著受限,反应-扩散耦合性能较差,导致催化剂总体性能降低,达不到本征动力学允许的高反应速率。提出的可控设计孔道模型结合HS-PPM耦合模拟方法有助于催化剂材料的孔尺度结构的设计。

关键词：多级孔结构调控反应-扩散耦合硬球-拟颗粒模型分子模拟催化剂

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高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数

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空气动力学学报 2021年第3期39卷 201-208,I0004页

作者：李瑞元陈飞国葛蔚张永民中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249 中国科学院绿色过程制造创新研究院北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049

圆球绕流曳力系数通常表示为雷诺数的函数。而随着马赫数增大,曳力系数与马赫数的相关性逐渐增强。本文应用硬球-拟颗粒模型方法模拟研究1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流过程。分析了模拟区域设置和拟颗粒-圆球作用的热适应系数... 详细信息

圆球绕流曳力系数通常表示为雷诺数的函数。而随着马赫数增大,曳力系数与马赫数的相关性逐渐增强。本文应用硬球-拟颗粒模型方法模拟研究1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3条件下的圆球绕流过程。分析了模拟区域设置和拟颗粒-圆球作用的热适应系数对曳力系数结果的影响,得到合适的区域设置条件和热适应系数,获得高马赫数低雷诺数条件下圆球绕流曳力系数,并依此初步建立1≤Re≤20和0.1≤Ma≤3范围内马赫数对曳力系数的修正模型。

关键词：圆球绕流曳力系数硬球-拟颗粒模型雷诺数马赫数

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基于反应-扩散耦合模拟的催化剂孔道结构可控设计和优化

基于反应-扩散耦合模拟的催化剂孔道结构可控设计和优化

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作者：魏格林中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)

学位级别：硕士

催化剂一般具有复杂的多级孔道结构,其催化性能与孔道结构、活性成分以及操作条件等密切相关。研究催化剂孔道内的反应-扩散耦合过程,明确催化性能与复杂孔道结构之间的关联规律,实现催化剂结构和性能的量化调控对催化剂研制和优化设计... 详细信息

催化剂一般具有复杂的多级孔道结构,其催化性能与孔道结构、活性成分以及操作条件等密切相关。研究催化剂孔道内的反应-扩散耦合过程,明确催化性能与复杂孔道结构之间的关联规律,实现催化剂结构和性能的量化调控对催化剂研制和优化设计具有重要意义。揭示催化剂孔道结构对孔道内反应和扩散性能的调控规律是其中的关键问题。实验上由于受测量手段和时空分辨率的限制,无法对纳微尺度孔道内的反应-扩散耦合过程进行研究;传统的分子动力学（MD）方法难以对化学反应过程进行模拟,且模拟气体扩散过程时计算效率低下。因此,发展新的模型和方法实现对催化剂复杂孔道内反应-扩散耦合过程的模拟,不仅具有科学意义,同时也具有一定的工业应用价值。本论文采用硬球-拟颗粒（HS-PPM）耦合方法并结合简化的集总反应模型,对C4烯烃催化裂解过程中反应物和产物在孔道内的反应-扩散耦合过程进行了模拟。论文中提出了一种多孔结构可控设计方法,能够对孔隙率、孔径和孔体积占比等进行独立可量化的调控,同时构建了不同孔道结构连接方式的孔道模型,定义了对反应性能、扩散性能以及催化性能进行量化表征的参数。论文的主要研究成果如下:（1）提出一种新的复杂多级孔道结构的构建方法,并建立了 C4烯烃催化裂解过程的简化集总反应动力学模型。通过对可控孔道结构内反应-扩散耦合过程模拟,验证了可控孔道结构模型的有效性和准确性,为催化剂优化设计提供了一种孔道结构量化调控的方法。（2）提出了反应-扩散耦合度参数对反应-扩散耦合性能进行量化表征,分别考察了孔道结构不同连接方式、孔隙率和孔径分布等对催化剂性能的影响。结果表明对于最佳连接方式的孔道结构,孔道内的扩散过程仍然受限;增大孔隙率可显著提高时空收率、转化率。对包含三种孔径（D1＜D2＜D3）的复杂孔道,当孔隙率和孔体积占比都不变时,改变孔径D2对催化剂性能几乎无影响,而减小孔径D3可以提高催化性能,进一步优化得到D3的最优值。（3）在给定的连接方式和孔径分布下,研究了体系反应物浓度和活性位点活性强度对催化剂性能的影响。结果表明增大反应物浓度可以增大产物的时空收率,但同时会降低反应物转化率;增大活性位点的活性强度,既可以增大时空收率又可以增大转化率。因此针对实际反应过程,需要根据不同的优化目标选择合适的反应物浓度等操作条件。

关键词：反应-扩散耦合分子模拟硬球-拟颗粒模型多孔结构

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催化剂孔道内扩散对反应过程影响的模拟研究

催化剂孔道内扩散对反应过程影响的模拟研究

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作者：周殿元中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

气固催化反应广泛存在于化学工业中,固相催化剂一般具有复杂多级孔道结构,导致分子在催化剂孔道中的扩散与反应耦合过程非常复杂。研究复杂孔道中的反应-扩散耦合规律并揭示扩散对反应过程的影响对催化剂研制和优化设计具有重要的意义... 详细信息

气固催化反应广泛存在于化学工业中,固相催化剂一般具有复杂多级孔道结构,导致分子在催化剂孔道中的扩散与反应耦合过程非常复杂。研究复杂孔道中的反应-扩散耦合规律并揭示扩散对反应过程的影响对催化剂研制和优化设计具有重要的意义。目前,实验手段由于时空分辨率的限制,无法对纳微孔道中反应和扩散的耦合过程进行深入研究。而传统的分子动力学模拟气体扩散过程时效率低下,且难以耦合化学反应过程,因此需要采用新的模型和方法对孔道内反应-扩散耦合过程进行模拟。本文采用硬球-拟颗粒(HS-PPM)耦合算法并结合甲醇制烯烃(MTO)过程简化的集总反应模型,对甲醇转化为乙烯和丙烯过程中孔道内的反应和扩散耦合过程进行了模拟。针对工业上MTO过程常用的SAPO-34催化剂,在随机生长法的基础上生成了具有复杂多级孔道的催化剂结构,并且实现了孔隙率、孔径和孔体积占比的独立量化调控。模拟了MTO反应过程中孔道内的反应扩散耦合过程,分析了催化剂孔径、孔隙率、反应物浓度以及催化剂活性等对扩散以及反应过程的影响,揭示了催化剂结构对反应和扩散耦合性能的影响。论文工作有望为MTO催化剂结构的优化设计以及催化剂颗粒尺度反应动力学研究提供理论基础和指导。

关键词：硬球-拟颗粒模型反应-扩散耦合多级孔结构分子模拟甲醇制烯烃

来源：评论

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