费托合成催化剂 蜡混合物的高梯度磁分离过程 模型及实验研究(1).pdf

文档介绍：费托合成催化剂/蜡混合物的高梯度磁分离
过程：模型及实验研究

High Gradient Magnetic Separation of
Catalyst/wax Mixture from
Fischer-Tropsch Synthesis: Modeling and
Experimental Study




一级学科：动力工程及工程热物理
学科专业：化工过程机械
研 究 生：冯子洋
指导教师：张金利 教授





天津大学化工学院
二零一三年六月
独创性声明

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研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表
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签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日
摘 要
费托蜡与铁基催化剂的有效分离是实现浆态床反应器在费托合成过程中经
济、高效、可靠运行的一个重要挑战。高梯度磁分离作为一类可选择的分离技术
因为其低廉的资金投入、平缓的操作压差、较高的选择性、高效的分离效率以及
它对催化剂的可回收性等优点，近年来得到了广泛的关注。
本文分析了高梯度磁分离的过程机理，针对分离器的内部构造形式进行了理
论研究，在此基础上建立了磁分离过程的数学模型，对磁场强度分布及磁场力分
布进行了模拟计算。研究结果表明磁场力作为分离过程的主导因素取决于分离器
内的磁场分布情况，磁场力与磁场强度及磁场梯度均成正比关系。然而，分离器
内的磁场分布与其内部的导磁构件排列方式及外加均匀磁场大小有着密不可分
的联系。
本文以流体力学软件 Ansys Fluent 为操作平台，利用有限元分析手段，
以柱状金属丝为基本构造单元对分离器内导磁构件中金属格栅的线间距、格栅间
距、格栅排列角度及外加磁场强度等影响因素进行了模拟研究。结果发现过高的
线间距及不恰当的排列方式会在磁分离器内形成渗流通道，渗流通道容易导致分
离过程中获得较低的分离效率及不稳定操作。同时，外加磁场对整体分离过程起
着决定性的作用，当金属格栅无法达到饱和磁化强度时，外加磁场降低会使内部
磁场强度迅速降低，从而导致磁场力的迅速减弱。计算结果揭示了格栅常规 90°
排列方式中存在渗流通道这一缺陷，通过优化改进获得最为合理的分离条件为：
外加磁场强度 398 089 A/m，2 mm 线间距，2 mm 格栅间距以及 45°的格栅排列
角度。
本文以费托合成中蜡及铁基催化剂分离这一典型工业过程为背景，依据上述
理论分析结果，设计出一整套沉降加高梯度磁分离的工艺流程，磁分离器采用电
磁线圈产生的纵向均匀磁场作为外加磁场，使用三种金属丝间隔的格栅叠加作为
内构件进行分离实验。实验考察了格栅金属丝间隔、格栅轴向间距、格栅排列角
度、外加磁场强度对分离效果的影响，实验结果