基于亚格子尺度下两段串联提升管内气固两相流的数值模拟

发布时间：2020-03-27 23:39

【摘要】：目前我国各油田产出的重质油较多,轻质油较少,缺少为裂解等反应提供原料的油品。为了提高我国轻质油产量,工业上提出一种两阶段串联提升管催化裂化技术,来生产丙烯。掌握提升管内部流动规律不仅是反应器设计的基础,也是提高反应产量的关键。由于提升管内颗粒循环流率较大,内部流动十分复杂。因此本文对两段串联提升管内气固两相流动进行数值模拟,所得结果能够为实际生产提供一些参考。本文采用亚格子过滤双流体模型,对两阶段串联提升管内气固两相的流动进行数值模拟。首先对比运用Gidaspow、Wen-Yu、Filtered三种曳力模型所得到的模拟结果,发现亚格子过滤曳力模型能够捕捉到更多颗粒流动的细节,所得到的颗粒轴向体积分数分布与实验值最为接近,也证实了该模型的正确性。随着循环流率的增加,颗粒不断积累,逐渐从第一反应区进入第二反应区,第一反应区内逐渐形成稠密相与稀相区域,提升管颗粒轴向体积分数的分布逐渐形成S型。模拟结果显示镜面系数的值接近0时,模拟结果与实验值最为接近;随着颗粒直径的增加,单位时间内颗粒进入提升管内数量减少,颗粒间不易聚团而碰撞增多,颗粒拟温度增大。采用亚格子过滤模型详细对比了两阶段串联提升管与传统等径提升管内颗粒的流动规律,研究结果表明底部的扩径段可以增强颗粒的返混效应与气固间的相互作用。研究提升管第一反应区的几何结构对流动的影响发现:随着第一反应区直径的增加,颗粒的体积分数与停留时间随之增加,然而颗粒的轴向速度随之减小,提升管流型由湍流向快速流化态转变;增加第一个反应区的高度,颗粒在第一反应区的停留时间随之增加;由于颗粒体积分数以及第二反应区高度减小的原因,颗粒在第二反应区的停留时间呈现先增加后减小的趋势。
【图文】：

提升管,流化床,实验装置,表观气速

东北石油大学工程硕士专业学位论文m 两种提升管，在多种工况下进行实验，得出在提升管的充会受表观气速的影响，在保证其他操作条件相同的条件下，高提升管内充分发展区域的固含率 Wang[17]等选用 B 类颗95kg/m2s，表观气速 7.6-10.2m/s 的情况下，探究其在提升管提升管压降在刚开始随高度增加而快速降低，当到达一定高升管内固含率随着颗粒质量流率增加或表观气速的减小而ǐ下降管分别为 6ǐ1.3m的循环流化床进行实验，发现提高化床内部浓度的最好办法，并提出了预测颗粒质量流率(2

示意图,流型,流化床,提升管

图 1.2 流化床流型示意图[31]1.2.2 变径提升管内气固两相流动规律的研究通过上述等径提升管内气固流动规律可知，其内部整体流动规律：径向上呈现环核型ǐ轴向上呈 S 型或反 C 型；局部上呈现聚团与破碎现象这都说明其内部流动的不均匀性同时也了解到其内部流动的偏流性，颗粒固含率低，颗粒停留时间时间短等现象的发生，这些都会使得化学反应速度慢，气固接触不充分，化学反应不彻底，原料利用率低，从而造成浪费因此提出两阶段串联提升管催化裂化生产丙烯技术，，来提高产量李春义[32]等对两段串联提升管生产丙烯进行模拟实验，证明其反应有：促进催化反应的发生，干气产量小的特点徐占武[33]等对两段提升管内气固流动进行模拟发现提升管下半部，颗粒的非均匀现象十分明显，同时提升管边壁处固含率较高高国华等[34]将提升管结构进行优化ξ高度增加，改变进料管结构与进料角度ο，通过数值模拟发现，优化后的提升管内的催化剂分布更加均匀，丙烯的产量增加，原料利用率也得到明显的提高 Zhu[35,36]等分别在中部设有扩径段(1:2:1)的高为 10.6m 新型提升管以及等径提升管内进行对比冷态实验结果发现等径提升管不均匀的流动结构将导致气体的偏流，从而
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE624.41;TQ221.212

【参考文献】