基于CFD悬浮床加氢工艺的环流反应器放大规律研究

发布时间：2020-10-09 21:04

　　本文借助CFD技术,利用欧拉-欧拉双流体方法,针对用于悬浮床加氢的体积为0.0785 m~3的气升式环流反应器,进行了相间作用力模型、气泡尺寸、静液面高度以及流体物性对反应器内流体流动的影响规律的研究,通过与实验数据的对比以及反应器内部的详细分析,建立了基于Tomiyama曳力模型的PBM-CFD耦合计算模型,气含率和环流液速的计算偏差减小到10%以下,与实验数据能够较好吻合,同时使得CFD计算的局部流场信息和PBM计算的气泡大小分布分别得到优化,能够更加准确描述气升式环流反应器内部复杂流动。基于已建立的PBM-CFD耦合流体动力学模型,按照原料油处理量分别100吨/年、1000吨/年、10万吨/年、50万吨/年和100万吨/年,相对应体积分别为0.0095 m~3、0.00785m~3、23.03 m~3、109.42 m~3和208.42 m~3的气升式环流反应器,研究导流筒直径与反应器直径比值、导流筒高度与反应器高度比值、导流筒安装高度与导流筒直径比值、喷嘴夹角和导流筒分段对流动的放大规律。模拟计算发现:在研究的范围内,随着反应器体积的变大,当反应器内气含率最高时,导流筒高径比值从6增加到8,而导流筒安装高度与导流筒直径比值保持在0.6左右;当反应器内环流液速最大时,导流筒高径比值从7.5增加到10.5,而导流筒安装高度与导流筒直径比值从0.8减小到0.6。同时,随着喷嘴夹角从30°增大到90°,反应器内气含率呈现缓慢增长趋势,而环流液速呈现逐渐下降趋势;相比于单段导流筒,带有分段导流筒的体积为0.0785 m~3气升式环流反应器内气含率增加10%,环流液速增加3%,并且随着反应器体积变大,两段导流筒对反应器内气含率和环流液速影响效果增加到15%。因此对于大体积气升式环流反应器设计时,建议喷嘴夹角设计在45°~60°范围内视情况而定,同时将导流筒分成两段,分段位置位于中心位置靠下区域内。
【学位单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TE624
【部分图文】：

结构图,气升式环流反应器,结构图

图 1-1 气升式环流反应器结构图Fig. 1-1 Pattern diagram of air lift reactor structure气含率表征的是反应器内气相所占的体积分数，与气液两相接触面积有关，影传质和循环液速。影响气含率的因素主要有表观气速、表观液速、液体性质、结定气含率的方法有很多，包括体积法、重量法、电化学法、激光法等。循环液速主要是上升管和下降管内气含率不同导致的，对环流反应器研究发现速主要起到三个方面的作用：一是使反应器内各相快速均匀混合；二是携带气泡管进下降管，使下降管内气含率上升，有利于延长气-液接触时间，达到更快的传热与混合；第三是可以使固体颗粒悬浮在体系内。实验室内测量方法主要有脉冲和浮标法，同时研究发现表观气速、液相物性和反应器尺寸以及反应器内结构等影响循环液速的大小[7]。相间传质系数（KLa）决定着反应器内气液传质能力，是反应器设计、放大与

工作流程图,工作流程图,反性

图 1-2 CFD 工作流程图Fig. 1-2 CFD work flow chart究进展具有复杂的两相流或三相流，使其年随着 CFD 技术不断成熟与发展反应器几何结构和尺寸规模对反性的模型，尽可能在投入较少的情计算精度和计算时间方面的综合优用于气液两相流数值模拟研究中，运动行为以及气液之间的相互作用oka 和 Serizawa[23]认为在包含气泡

物理模型,实验装置,区域结构,导流筒

（a）（b）图 2-1 实验装置物理模型Fig. 2-1 Physical model experiment devicet 和 ICEM CFD 对建立的物理模型进行网格划分。对密，然后再使用 Gambit 进行结构性面网格划分，如图分析发现导流筒上部区域结构规整，而导流筒以及反存在，此区域结构不规整，并且还要对出口进行加密分。混合网格具体划分方法：首先对反应器模型进行币型网格）划分方法画结构性网格，而非结构区域，置各边界条件，尤其是对两个计算域交界处设置为 2-2（b）所示。

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