化学工程与过程技术杂志
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微反应器分析与设计中的计算流体动力学：在挥发性有机化合物催化氧化中的应用

奥迪巴 S、奥莱亚 M、霍奇森 S、阿德加 A 和拉塞尔 PA

本文讨论了一种适用于挥发性有机化合物（VOC）催化氧化的微反应器的设计。有多种方法可以将挥发性有机化合物释放到大气中，通常是在天然气加工和石油产品处理过程中。由于挥发性有机化合物对我们的健康有害，科学界对开发销毁挥发性有机化合物的技术越来越感兴趣。催化氧化就是其中之一。微反应器表现出比传统反应器更高的效率，这主要是由于其较大的表面积与体积比和优异的传热传质性能。可以根据使用 COMSOL Multiphysics 的计算流体动力学 (CFD) 软件包获得的仿真结果来探索微反应器的设计。第一步设计，基于冷流模拟，是选择最合适的微反应器几何形状和配置。提出并模拟了四种不同的几何形状来评估微通道中的流体行为。其中之一，A2 型，通过相对标准偏差计算进行评估，可以在所有通道中实现最均匀的流量分布。第二个设计步骤涉及使用丙烷作为模型分子，研究在具有先前发现的几何/配置的微反应器中发生的 VOC 催化氧化。所提出的微反应器由11个方形横截面的平行通道组成，宽度为0.5 × 10-3 m，高度为0.5 × 10-3 m，长度为0.1 m。催化微反应器的模拟温度为 563 K 至 663 K，入口流速为 0.01 至 1.00 m·s-1。对于固定的入口流速，出口丙烷转化率随着温度的升高而迅速增加。对于固定温度，丙烷转化率随着入口流速的降低而增加。