[发明专利]MIHA纯气动操作条件下气泡尺度调控模型建模方法

说明书

本发明涉及MIHA纯气动操作条件下气泡尺度调控模型建模方法，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，最终获取气泡尺度计算模型。本发明的方法针对MIHA建立了纯气动操作条件下气泡尺度调控模型，综合反映了反应器结构、体系物性以及操作参数、以及输入能量对气泡尺度的影响，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纯气动操作条件下气泡尺度调控模型建模方法。

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气泡尺度的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供MIHA纯气动操作条件下气泡尺度调控模型建模方法，以研究反应器结构、体系物性以及操作参数、以及输入能量对气泡尺度d₃₂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气泡尺度调控模型建模方法，根据前述研究，建立微气泡Sauter平均直径d₃₂数学模型的关键是MIHA内气泡破碎器内能量耗散率ε_mix计算模型的研究，基于此，本发明的方法包括如下步骤：

S100.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；

纯气动操作条件下，液体流量Q_L气体流量Q_G，在未通入气体前，气泡破碎器内充满静止反应液；假设体系液体为闭路循环，即整个过程中液体量不发生变化；由于气体的进入，导致部分液体将被迫进入气泡破碎器外循环管路；设定气泡破碎器长度为L，直径为D₁，横截面积S₁＝πD₁²/4；喷嘴直径为D_N；

作出假设如下：

(1)稳态操作，操作压力P_m恒定；

(2)由于实际操作压力较高，故忽略液体势能的变化以及气泡界面张力所引起的气泡内气体压力的变化；

(3)由于气体密度远小于液体，故忽略输入气体的动能；