催化裂化装置旋风分离器内流场数值模拟及优化设计研究

发布时间：2017-03-24 18:11

  本文关键词：催化裂化装置旋风分离器内流场数值模拟及优化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国防工业、交通运输业等部门的迅猛发展,对轻质油品的需求量和产品的质量要求也不断升高。催化裂化加工工艺就是国内外炼油厂中用来改善原油的加工深度以及得到高品质轻质油的一种极为有效工艺流程。而在催化裂化加工工艺中一个重要的设备就是旋风分离器。它是用来将油气中所含的催化剂进行分离回收,以提供循环利用,并且可以保证后续工序的正常进行的设备。对于旋风分离器的研究,在过去主要集中在理论研究和实验的方法来开展的,然而理论研究结合实验的方法周期比较长。近些年伴随着计算流体力学的发展,在理论分析和实验研究的基础上,通过计算机模拟来实现对旋风分离器内部流动细节的研究和结构的优化设计,具有重要的应用价值。本文采用CFD的手段对催化裂化装置中旋风分离器内部流场结构进行模拟研究,深入了解其内部气相流场特性和气固两相流特性,模拟研究了在不同工况下颗粒的分级效率和压力损失等性能,考虑操作参数与结构参数对其性能的影响,并进行结构的优化设计研究,以得到一个适合工作条件下,高分离效率,低压降损失的优化结构。首先,运用RSM湍流模型对催化裂化装置中工作下的旋风分离器内部气相流场进行数值计算,得出内部流动呈现双旋流的特点,并进一步分析内部湍动能的分布和压力的分布规律。其次,在已知气相流场的基础上,运用DPM模型对颗粒的运动轨迹进行模拟计算,深入研究气固两相流的运动规律。并得出小粒径的旋转螺距较小,颗粒运动具有很大的随机性,大直径颗粒,旋转的螺距很大,很快就被捕获。不同的位置入射,下端面入射的粒子最不容易被底流口捕获。最后,研究气流的入口速度以及催化剂颗粒的直径对分离性能的影响规律。并进行结构改进研究,分析具有涡壳式入口结构以及锥形排气管结构的分离特性,并得出各参数之间的相互关系。排气管下口直径为R=300mm的旋风分离器具有最高的分离效率,压力损失居中,属于最优的尺寸。
【关键词】：催化裂化装置 旋风分离器 数值模拟 气固两相流 分离性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE96
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的背景及研究意义9-10
• 1.2 旋风分离器的基本原理10-12
• 1.2.1 旋风分离器的分离过程10-11
• 1.2.2 旋风分离器的分离原理11-12
• 1.3 旋风分离器研究现状12-15
• 1.3.1 国外研究现状12-14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第2章 旋风分离器数值计算方法研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 计算流体力学基本理论17-19
• 2.2.1 CFD概述17-18
• 2.2.2 FLUENT简介18-19
• 2.3 单气相数值模拟计算方法研究19-25
• 2.3.1 控制方程19-20
• 2.3.2 湍流模型20-23
• 2.3.3 离散格式23-24
• 2.3.4 压力插补格式24
• 2.3.5 压力与速度耦合24-25
• 2.4 气固两相数值模拟计算方法研究25-28
• 2.4.1 离散相模型概述25-26
• 2.4.2 单颗粒运动控制方程26-27
• 2.4.3 颗粒随机轨道模型27-28
• 2.4.4 气固两相相互作用28
• 2.5 旋风分离器的效率28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 旋风分离器内气相流场数值模拟研究30-46
• 3.1 引言30
• 3.2 模型建立及参数设置30-33
• 3.2.1 旋风分离器计算几何模型30-31
• 3.2.2 三维计算域网格划分31-32
• 3.2.3 边界条件的选取32-33
• 3.3 气相流场速度分布33-41
• 3.3.1 切向速度分布规律37-38
• 3.3.2 轴向速度分布规律38-40
• 3.3.3 径向速度分布规律40-41
• 3.4 湍动能分布规律41
• 3.5 旋风分离器内压力分布规律41-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第4章 旋风分离器气固两相流数值模拟研究46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 两相流计算模型与方法46-48
• 4.2.1 计算模型46
• 4.2.2 颗粒物性46-47
• 4.2.3 边界条件设定47
• 4.2.4 分离效率47-48
• 4.3 颗粒运动轨迹研究48-53
• 4.4 操作参数对分离效率的影响53-57
• 4.4.1 入口速度对分离性能的影响53-56
• 4.4.2 颗粒粒径对分离性能的影响56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 旋风分离器结构优化设计研究59-68
• 5.1 引言59
• 5.2 涡壳式入口旋风分离器59-62
• 5.2.1 几何结构59-60
• 5.2.2 分离性能分析60-62
• 5.3 锥形排气管旋风分离器62-64
• 5.3.1 几何结构62-63
• 5.3.2 分离性能分析63-64
• 5.4 排气管不同下口直径性能比较64-67
• 5.4.1 几何结构64-65
• 5.4.2 性能对比分析65-67
• 5.5 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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