铝水反应制氢装置反应釜系统研究与设计

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随着新能源的快速发展,二次能源氢能源日益受到人们的重视,相较于其他传统能源,氢能源具备高密度能量、清洁和高效的优势,当前氢能源实施战略已成为我国的重要方向之一。目前市面上针对氢能源制取的方法有许多,而铝水反应制氢则被认为是最具潜力的方法之一,对于铝水反应制氢的研究,一方面是对材料的研究,另一方面就是对其进行铝水反应制氢装置的研究。本文主要是对铝水反应制氢装置反应釜系统进行设计研究。首先是对反应釜系统中的加料机构进行设计,结合铝水反应制氢工艺需求即化学反应原料需真空储存且能自动连续加料,选择了螺旋输送机作为反应釜系统中的加料机构。并根据实际工况需求对螺旋输送机进行详细的参数和结构设计。其次,针对铝水反应制氢的主要容器反应釜进行设计,通过分析铝水反应制氢工艺选择合适的反应釜类型,在结合反应釜设计工艺对反应釜的各结构件进行详细的设计计算。然后分析反应釜内换热需求以及换热环境,选择反应釜内换热装置——蛇管式换热器,在依据铝水化学反应放热功率,计算所需换热面积,在考虑反应釜空间以及换热效率基础上,设计出双层蛇管结构的蛇管式换热器。再次,借助ANSYS对反应釜及蛇管式换热器进行有限元计算和分析,在三种不同工况下,计算该结构的应力分布情况,分析结构的危险位置,并根据JB/T 4732-1995(2005)钢制压力容器-分析设计标准中的应力线性化方法,对结构上危险处进行线性化分析,确保结构设计安全合理。最后,借助Fluent软件对蛇管式换热器进行换热流体分析,在简化化学反应热源基础上,探究蛇管式换热器不同入口流速下,热源流体域的温度情况以及蛇管式换热器内部流场的压力、流速和温度情况,验证蛇管式换热器的换热可行性。
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