一种气液硫化反应器优化方法、系统及可读存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112347713A(43)申请公布日2021.02.09(21)申请号202011261661.1(22)申请日2020.11.12(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人曾伟志郭文香李博李垦晏阳胡辉(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114代理人姚瑶(51)Int.Cl.G06F30/28(2020.01)G06F113/08(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书5页说明书12页附图5页(54)发明名称一种气液硫化反应器优化方法、系统及可读存储介质(57)摘要本发明公开了一种气液硫化反应器优化方法、系统及可读存储介质，以H2S(g)作为硫化沉淀剂，该方法包括：构建气液硫化反应器流体计算域的几何模型；确定几何模型的反应控制方程；设置几何模型的边界条件以及参数初始值，并对几何模型进行网格划分；基于网格划分后的几何模型进行仿真模拟计算得到气液硫化反应器内部的反应参数，并基于反应参数得到气液传质效率以及气液硫化反应效率；至少将气液传质效率以及气液硫化反应效率作为优化依据；基于优化依据调整反应器结构参数和/或运行参数，再按照前述方式进行模拟，并判断是否达到预设的设计要求，若未达到，继续调整反应器结构参数和/或运行参数，直至达到预设的设计要求。CN112347713ACN112347713A权利要求书1/5页1.一种气液硫化反应器优化方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：构建气液硫化反应器流体计算域的几何模型，其中，以H2S(g)作为硫化沉淀剂；S2：确定所述几何模型的反应控制方程，所述反应控制方程用于模拟反应器中的气液硫化过程；S3：设置所述几何模型的运行参数，并对所述几何模型进行网格划分，所述运行参数为对应的边界条件以及参数初始值；S4：基于网格划分后的所述几何模型进行仿真模拟计算得到气液硫化反应器内部的反应参数，并基于所述反应参数得到气液传质效率以及气液硫化反应效率状态；其中，至少将气液传质效率以及气液硫化反应效率状态作为优化依据；S5：基于所述优化依据调整反应器结构参数和/或运行参数，再按照步骤S4的方式进行模拟，并判断是否达到预设的设计要求，若未达到，继续调整反应器结构参数和/或运行参数，直至达到预设的设计要求。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中所述几何模型中引入气液传质过程，设置的所述反应控制方程如下：气液硫化反应器内的物质通量矢量Ni的方程：式中，Di为物质的扩散系数，ci为物质的浓度，是某物质浓度ci对三个方向的一阶偏微分的总和，u为物质流体速度矢量；物质平衡控制方程为：式中，为拉普拉斯算子，Ri表示物质反应速率；铜离子和硫化氢的反应速率为：式中，分别为铜离子和硫化氢的反应速率，为任意时间点t时铜离子的浓度，为水中H2S的浓度，为H2S的气液传质系数，Ab为气液接触面积，V为液相体积，t为时间；所述几何模型中将两相的动量和连续性方程结合起来用于计算气液相的质量分数、压力分布，其中，两相流的动量方程为：式中，ρl是液相流体密度，ul、ul是液相流体速度矢量、标量，φl是液相的相体积分数，p表示压力，I表示单位张量，F是作用在流体上的平均体积力，g是重力矢量，μl为液相动态粘度系数，μT为湍流粘度，上标T表示矩阵转置，方程中下标“l”和“g”分别表示与液相和气相有关的量；两相流的连续性方程如下所示：2CN112347713A权利要求书2/5页式中，ρg是气相流体密度，φg是气相的相体积分数，ug是气相流体速度矢量，ug满足：其中，uslip是气液两相之间的相对速度；气相传质方程如下：式中，mgl为气液两相间的传质速率，根据双膜理论可表示为：式中，a为单位体积气液接触面积，即Ab/V；为H2S的摩尔分子量；为溶解的H2S的浓度；为根据亨利定律计算所得H2S溶解平衡浓度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述几何模型中使用k-ε模型来描述湍流效应，湍流粘度μT可表示为：其中，ρ为为流体密度，k为湍流动能，ε为湍流能量耗散率，k和ε满足：式中，衍生项Pk满足：其中，Cμ、σk、σε、Cε1、Cε2、和Cε均为模型参数，Sk为由表示由气泡引起的流体湍动，由下式表示：式中，Ck为模型常数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应参数至少包括：浓度分布、反应速率分布、气相体积分数分布、气液传质速率分布、单位体积气液接触面积分布以及过饱和分布，其中，所述过饱和分布中过饱和度SL表示为：2+-2-式中，Ksp为硫化铜溶度积常数，为Cu、H2S、HS、S的浓度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应参数与气液传质效率以及气液